А. Березин. Сломать сеть за 15 секунд: что вызвало блэкаут в Испании?

Мощнейший блэкаут за последние 20 лет истории Европы случился еще в конце апреля, а испанские власти так и не объявили о его причинах. Это логично: как мы покажем ниже, ответ на вопрос, кто виноват, получится очень неполиткорректным. И, более того, противоречащим линии правящей в Испании партии. Но мы живем за тысячи километров от нее, поэтому можем себе позволить аполитичный анализ случившегося. Так что же произошло на самом деле?

Испанские улицы после отключения света представляли собой своеобразное зрелище: в стране не хватало полицейских, способных регулировать движение / © Diego Radames, Wired

Отключение света застигло многих людей в метро и скоростных поездах. Все это остановилось, пассажиров пришлось эвакуировать. Не менее семи человек погибли из-за инцидентов, вызванных блэкаутом, например задохнулись от выхлопных газов аварийных генераторов, включившихся, когда погас свет.

Но полную цену в жизнях оценить намного сложнее: неизвестно, сколько людей не попали вовремя на прием к врачу или испытали сердечный приступ в застрявшем лифте. Определить точное число избыточных смертей можно будет, только сравнив суточную смертность 28 апреля с соседними днями. И с учетом того, что мы узнаем ниже, не факт, что Мадрид вообще намеревается обнародовать такую информацию. Более или менее оценили пока лишь экономический ущерб, в скромные 1,82 миллиарда долларов.

Крупные отключения электроэнергии в мире происходят часто. Но в норме это удел недостаточно организованных государств — Индии (в 2012-м там одномоментно отключили от электричества сразу 620 миллионов человек), Пакистана (без света остались 244 миллиона в 2023-м), Бангладеш (150 миллионов в 2014-м). В Европе подобные события так редки, что подобрать аналог испано-португальскому блэкауту 28 апреля 2025 года в последние 20 лет нельзя. Но самое важное в этом событии не его редкость — а причины.

Необъяснимый график и необъяснимое молчание

Настоящая загадка — график ниже, показывающий резкое сокращение генерации в Испании в 12.30 дня 28 апреля по местному времени. Хорошо видно, как 32 гигаватта генерации местных электростанций (зеленая линия) вдруг превращаются в тыкву из десятка гигаватт. Из заявлений главы испанского государства известно, что за первые пять секунд сбоя было потеряно сразу 15 гигаватт генерации. Почти половина в пять секунд.

На первый взгляд сбой нелогичен. Полдень, Испания, это всегда пик выработки солнечных электростанций. Как в такой ситуации можно терять по три гигаватта мощности в секунду? Даже для полного солнечного затмения (которого не было) скорость слишком велика.

Красным показано реальное потребление. Зеленым — генерация СЭС, ВЭС и иные ВИЭ. Серым — не ВИЭ / © Wikimedia Commons. REE

Другая сложность. Причины массовых отключений электроэнергии в норме становятся известны очень быстро. Сутки, от силы двое-трое. А в этот раз создали целую группу для расследования, но результаты отчего-то объявлять не спешат.

Между тем их можно выяснить уже сейчас, безо всякой комиссии. Для этого достаточно двух вещей:

А) Понимать, как работает энергосистема;
Б) Взглянуть на график выше.

Как работает энергетика

Начнем с первого. С точки зрения потребителя, все виды электростанций одинаково хороши. Но с точки зрения энергетика, каждый вид электростанций несчастлив по-своему.

Тепловые и атомные электростанции имеют четко задаваемое оператором число оборотов турбин в секунду. Это очень важно, потому что позволяет вырабатывать переменный ток с точно той частотой, что нужна приборам потребителя — 50 герц. Стоит частоте тока в сети упасть на 0,2 герца ниже или подняться на 0,2 герца выше 50 герц — и часть приборов нормально работать не будет. Если отклонение достигнет 0,5 герца, то, чтобы предотвратить их выход из строя, начнутся автоматические отключения потребителей сетью.

Очень важный момент: пока турбины вращаются, частота тока в сети относительно стабильна, потому что у турбин есть инерция, «выбег турбины» даже после того, как на нее перестали подавать горячие газы или пар.

Но газ в Европе нынче дорог, а уголь или атом — идеологически нежелательны. Социалистическая рабочая партия Испании не приемлет глобального потепления (хотя конкретно в этой стране его влияние выглядит вполне положительным), поэтому публично поставила цель стопроцентного перехода на ВИЭ в близком будущем.

Ветряки и солнечные батареи лишены газовых и паровых турбин. Первые дают переменный ток всегда разной частоты, поэтому его сначала преобразуют в постоянный ток и уже потом делают из него переменный, специальным набором аппаратуры. Солнечные электростанции сразу дают постоянный, из которого затем получают переменный.

Испания солнечная страна, но планы перехода ее энергетики на СЭС продуманы довольно плохо. Апрельский блэкаут лишь самая первая ласточка тех неприятных последствий, которые принесет эта непродуманность / © Wikimedia Commons

Это значит, что когда выработки от этих станций резко становится сразу много или слишком мало, частота тока в сети может превысить 51 герц или упасть до 49 герц и ниже. Такое спровоцирует массовые отключения, без которых энергосистема в целом просто пойдет вразнос. На графике выработки Испании выше хорошо видно, что прямо перед отключением случился рывок зеленой заштрихованной части генерации, то есть выработки СЭС и ВЭС.

СЭС дали его в силу безоблачного дня, ВЭС — из-за быстрого ускорения ветра сразу на большой площади. Полуденный бриз там вообще нередкое явление, потому что суша ближе около полудня нагревается быстро, а море — нет. Разница температур может менять скорость ветра сразу на десятках тысяч квадратных километров. Обратите внимание: из 32 гигаватт мощности меньше шести шли от ТЭС и АЭС, то есть электростанций, сразу дающих переменный ток примерно нужной частоты. Остальные 26 шли от СЭС и ВЭС, то есть станций, дающих в сеть частоту, которую надо регулировать активнее, чем частоту от ТЭС (чтобы не наломать дров).

Сломать сеть за 15 секунд

СМИ уже отмечали, что в момент сбоя, в 12.33 28 апреля, частота тока в испанской сети резко упала до 49 герц. Кто мог сделать это за «15 секунд»?

Угольные ТЭС? Исключено: для этого у их паровых турбин слишком большая инерция. Газовые ТЭС? Сомнительно: там тоже есть инерция, да и слишком малую часть энергии они поставляли. АЭС? Тоже маловероятно: их паровые турбины инерционны, как у угольных ТЭС. Может, виноваты ветряки? Но на графике выше они показывают минимальное падение выработки в момент блэкаута.

Остается ровно один кандидат: тот, у кого нет турбин с их инерцией, но кто дал очень большую просадку выработки близко к 12.33. Кто бы это мог быть?

После того как мы в общих чертах описали энергосистему, график выше оставляет ровно один ответ: это солнечные батареи. Между 12.30 и 12.45 из системы исчезло почти девять гигаватт солнечной генерации и 2,5 гигаватта атомной генерации. К 13.00 СЭС потеряли уже почти 13 гигаватт (от пика в 12.30), а АЭС — 3,3 гигаватта генерации.

С последней все понятно: энергетические АЭС сознательно проектируют так, чтобы без внешнего электроснабжения они не смогли работать. Когда сеть накрылась, они отключились. С солнечными батареями иначе: чтобы их отключить, в сети должно было резко упасть потребление. А чтобы оно упало, сеть должна была сперва разбалансироваться, получить резкий скачок частоты тока и начать массовые отключения потребителей.

Почему солнечные электростанции рекордно быстро потеряли выработку?

Указать на виновника — то есть солнечные электростанции — мало. Надо понять, по какой конкретной причине он подвел энергосистему. Гийермо Санчес Леон из Института фундаментальной физики и математики Университета Саламанки первым описал то, что, вероятнее всего, и стало причиной сбоя: между 12.30 и 12.35 сперва случилось резкое колебание выработки вверх.

«Произошло резкое наращивание ветровой генерации, что в сочетании с солнечной вызвало избыток генерации в сети. К тому же Франция прекратила импортировать электричество из Испании, усугубив дисбаланс предложения [от электростанций] и потребления».

Эта ситуация в теории легко решалась. Достаточно было отключить от сети избыточные солнечные или ветровые электростанции, как это стабильно делает, например, Великобритания и вообще все страны с большой ветровой и солнечной выработкой.

Способ рабочий, но недешевый. Выработка СЭС и ВЭС в основном умеренно предсказуема, так что если отключать ее, когда сети их энергия не нужна, то доходы владельцев таких электростанций пострадают. Поэтому Великобритания, скажем, тратит миллиарды долларов в год, оплачивая СЭС и ВЭС простои так, как будто они в это время работали, то есть оплачивают им невыработанную энергию, словно ее выработали и продали в сеть.

Солнечная электростанция Эскатрон-Чипрана-Сампер в Арагоне (Испания). При площади 30 квадратных километров она дает 850 мегаватт мощности. Вне всяких сомнений официальный Мадрид попытается обвинить в блэкауте владельцев таких станций, делая вид, что проблема была не в стратегическом выборе новых видов энергетики, а лишь в поведении отдельных частных лиц, управляющих подобными станциями / © ratedpower.com

На практике это выглядит так: в полдень часть солнечных батарей надо отключать, а в ветреную ночь — стопорить часть ветряков. Оплачивая их так, как будто они работают на всю катушку. Как в известной песне советского времени «можно делать и отсутствие дела», причем за него платят точно так же, как и за само дело.

Выглядит это абсурдно, но по сути неизбежно. Потому что у солнечных батарей и ветряков очень малы переменные издержки при работе (они не жгут топливо). Каждое отключение для них снижает прибыль владельцев и повышает стоимость электроэнергии, выработанной в те часы, когда энергия от ВИЭ реально нужна потребителям.

А вот в Испании такого правила не было: компенсации за отсутствие генерации электричества для СЭС и ВСЭ там не выше 15 процентов от стоимости невыработанного электричества.

Это создавало опасную напряженность. В Англии и подобных ей странах владельцам СЭС и ВЭС вообще до лампочки, забирает сеть от них энергию или нет. Даже если они не будут работать весь день, им все равно заплатят как за полноценную выработку. Поэтому они спокойно переносят отключения национальной энергосистемой.

В Испании владельцы станций при отключениях нервничают. Естественно, они хотят, чтобы их было поменьше. Местная сеть сочувствует их интересам. Ведь если АЭС и ТЭС для испанской социалистической рабочей партии «чужие», «враги», с которыми нужно покончить, то СЭС и ВЭС — свои, так сказать, классово близкие виды генерации.

Поэтому вместо того, чтобы отключить СЭС или ВЭС, констатирует Гийермо Санчес, «АЭС, работавшие на половине своей обычно мощности, получили сигнал перегрузки [в сети]»: «И, согласно протоколу, отсоединились от нее». Основная часть реакторов была заглушена погружением контрольных стержней.

После вывода из сети АЭС быстрые и короткие колебания частоты при перегрузке сети генераций стало трудно компенсировать инерцией турбин: тех в генерации почти не осталось. Сливать избытки электричества во Францию тоже не получалось. На гидроаккумулирующие станции — тоже, потому что в предыдущие дни тоже были солнце и ветер, и их водохранилища были в основном заполнены.

В этот момент, предполагает Гийермо Санчес, программное обеспечение, которое должно было регулировать колебания частоты в сети (то есть баланс выработки и потребления) не справилось, поскольку его никто не готовил к ситуациям, когда в сети почти не будет ни станций с «инерцией» турбин, ни «слива» для лишнего электричества.

Поэтому вместо того, чтобы быстро отключить солнечные электростанции с лишней генерацией, ПО дало национальной сети разбалансироваться настолько, что после этого ему пришлось массово отключить СЭС. А за ними, после потери десятка гигаватт солнечной генерации за считаные секунды, начали отключать и потребителей.

Типичный апрельский день до 28 апреля 2025 года в испанской энергосистеме. Светло-коричневый цвет показывает выработку ВЭС, фиолетовый — СЭС, светло-серый — АЭС, розовый — ТЭС, зеленый — ГЭС. Темно-серый показывает отрицательные цифры генерации, поскольку это ГАЭС, то есть аккумулирующие станции, днем потребляющие электроэнергию, а не вырабатывающие ее. На графике заметно, что солнечная генерация дает четко выраженный пятичасовой пик днем, в остальное время вырабатывая очень немного (и то за счет гелиоТЭС) / © Wikimedia Commons, REE

Но и это еще не все. В апреле 2025 года, незадолго до блэкаута, два атомных реактора АЭС Альмарас (два гигаватта мощности) вывели из активной работы, поскольку избыток солнечной и ветровой генерации создавал низкие и даже отрицательные цены на электроэнергию. Между тем бывший глава Red Eléctrica de España («Энергосеть Испании») еще в январе 2025 года прямо предупреждал:

«Закрытие АЭС может поставить снабжение электроэнергией под угрозу».

Причем он говорил о дальней перспективе, но жизни показала, что и частичная приостановка вполне может обеспечить массу хлопот.

Более того: всю последнюю неделю перед 28 апреля испанская энергосистема балансировала на грани отключений по тем же причинам, что и в день большого блэкаута. Так, 22 апреля 2025 года из-за резкого локального повышения частоты тока (избыток электричества от СЭС и ВЭС) отключилась часть подстанций на железной дороге и десяток поездов встали прямо в пути: их электромоторы не могут работать при отключении. В тот же день на НПЗ в Картахене по той же причине частично остановили работу.

График за 28 апреля (цвета те же, что на графике выше), хорошо видны доли разных типов генерации во времени / © Wikimedia Commons, REE

Как констатирует местный специалист в области энергетики, Карлос Кахихаль: «Испанская сеть из-за дисбалансов в выработке была на острие ножа несколько дней».

Итак, последовательность событий, судя по данным из Испании, была немного предсказуемой. Апрель принес удлинившийся день и сильные ветра, что опустило оптовые цены на электроэнергию (потребитель, само собой, меньше платить не стал, так как его оптовые цены не касаются). Из-за этого два гигаватта стабильной атомной генерации, с «инерцией», вылетели из энергобаланса, что снизило устойчивость системы.

Если вы выводите стабильные виды генерации, чтобы дать возможность больше вырабатывать нестабильным, то вас не должно удивлять, что в определенный момент нестабильности станет слишком много.

Перефразируя известного литературного персонажа, если у вас в подъезде каждый вечер проходит коллективное пение, то стоит заранее быть готовым к тому, что вслед за эти у вас начнутся и проблемы с трубами.

Запустить каскад отключений в такой неустойчивой ситуации могла любая мелочь — короткое замыкание на подстанции, флуктуации на ЛЭП или что-то еще. Для сети, уже неделю балансировавшей на лезвии ножа, неважно, что стало толчком. Она не могла не упасть.

Блэкаут был неизбежен?

Скорее всего, в отчете о причинах аварии испанское государство сделает абсолютно все, чтобы виновниками оказались не солнечные батареи. Например, можно написать, что виноваты владельцы частных электростанций (главное — не называть вид этих электростанций). Или «программная ошибка», не уточняя, что она была в том, что ПО не отключало достаточно быстро солнечную генерацию.

В Reuters быстро поняли, что причиной сбоя стали проблемы с устойчивостью выработки СЭС. Поэтому написали целую статью о том, что их винить не надо, а надо винить управление СЭС. Что-то такое наблюдали жители позднего СССР, когда им сверху предлагали не винить в проблемах сельского хозяйства колхозную систему, а винить проблемы управления колхозной системой. Вроде бы возразить сложно, но не рассмеяться еще сложней / © Reuters, Pete Anderson

Но скрытие виновных — лишь часть вопроса. Надо еще как-то исключить повторение этого события. Что Мадрид сделает на этом направлении?

Когда солнечные батареи и ветряки угрожают дать стране не ту частоту тока, ситуацию регулируют двумя способами. Можно построить больше гидроаккумулирующих станций (ГАЭС). Или газовых ТЭС. Но в Испании пока не так много ГАЭС и резервных газовых ТЭС. Главное же — ни у кого нет желания их строить, поскольку это противоречит партийной линии на зеленый переход. Европа — не США, отклонения от партийной линии здесь недопустимы.

Поэтому проблему, вероятнее всего, решат по второму сценарию. Можно компенсировать колебания частоты литиевыми накопителями типа «Тесла Мегапак». Мадрид никогда не был в восторге от этой идеи: даже на уровне законов разрешений для управления колебаниями в сети такими накопителями не было. Но теперь такие законы наверняка введут, поскольку, как видно на картинке ниже, один мегаватт мощности литиевых батарей стабилизирует энергосистему как десяток мегаватт мощности управляемых электростанций (то есть станций с турбинами, имеющими «инерцию»).

В момент резкого изменения частоты в сети электростанции с управляемой турбиной (то есть не ветряной) могут еще доли секунды отдавать электричество в сеть за счет вращения по инерции. Конечно, она быстро кончится (доли секунды по горизонтальной оси). Но если в сети будут равные им по мощности литиевые батареи, то они смогут поддерживать частоту намного лучше, потому что их выдача снизится лишь через минуты и часы, а не через доли секунды. Поэтому один гигаватт литиевых батарей поддерживает стабильность частоты тока в сети так же, как 10 гигаватт ТЭС и АЭС. Но этот гигаватт батарей не производит энергию, да еще и стоит 300 миллионов долларов. То есть средство действенное, но дорогое / © Wikimedia Commons. REE

Само по себе случившееся не было неизбежным. Пока Испания получает от СЭС и ВЭС только 45 процентов электроэнергии в год, то есть, потратив пару миллиардов долларов на литиевые накопители, она поднимет устойчивость частоты в сети до нормального уровня. Кстати, отраслевые специалисты считают, что сходные меры по повышению надежности энергосистем в условиях большой доли ВИЭ придется принять не только испанцам, но и всему ЕС. Конечно, это будет стоить порядка триллиона долларов, но ничего, ради линии партии в Европе люди несли еще и не такие лишения.

Сложнее будет потом: серьезные (и не очень решаемые) проблемы начнутся после того, как СЭС и ВЭС станут давать 60 и более процентов электроэнергии. Такое у испанцев возможно, но уже в 2030-х годах.

Источник

Еще по теме:

Истинная цель зеленых революций и «перезагрузки питания»

Публикация на Тelegra.ph

Подпишитесь на наш телеграм-канал https://t.me/history_eco