Почему предсказуемое похолодание повредило электросеть Техаса

Тим Маклафлин и Стефани Келли

(Рейтер) — Когда техасцы включили обогреватели рано утром в понедельник для борьбы с резким падением температуры, рекордный всплеск спроса на электроэнергию вызвал катастрофическую цепную реакцию в энергосистеме штата.

Ветряные турбины в северной части штата Панхандл заблокированы. Заводы по производству природного газа отключаются, когда замерзшие трубы и компоненты перекрывают поток топлива. Ядерный реактор в Южном Техасе отключился после того, как заклинило пятифутовую секцию неизолированной трубы. Отключение электричества быстро распространилось по всему штату, заставляя миллионы людей дрожать в своих домах в течение нескольких дней со смертельными последствиями.

Все могло быть намного хуже: до рассвета в понедельник сетевой оператор штата находился в «секундах и минутах» от неконтролируемого отключения электроэнергии для своих 26 миллионов клиентов, сказал его генеральный директор. Такой обвал происходит, когда операторы теряют способность управлять кризисом из-за веерных отключений электроэнергии; в таких случаях для полного восстановления питания потребителей могут потребоваться недели или месяцы.

Понедельник был одним из самых холодных дней в штате более чем за столетие, но беспрецедентный энергетический кризис вряд ли можно было предсказать после того, как Техас испытал аналогичные, хотя и менее серьезные потрясения во время резкого похолодания 2011 года. Тем не менее, техасским производителям электроэнергии не удалось обеспечить надлежащую зимнюю защиту своих систем. По словам энергетических аналитиков, трейдеров и экономистов, государственный сетевой оператор недооценил свою потребность в резервных мощностях до кризиса, а затем действовал слишком медленно, чтобы рекомендовать коммунальным предприятиям ввести веерные отключения электроэнергии для защиты от обвала сети.

Первые признаки проблемы появились задолго до вынужденных отключений. Например, двумя днями ранее сеть внезапно потеряла 539 мегаватт (МВт) электроэнергии, или достаточно электроэнергии для почти 108 000 домов, согласно оперативным сообщениям, опубликованным главным оператором сети штата, Советом по надежности электроснабжения Техаса (ERCOT).

Кризис возник из-за уникального сочетания слабых мест в системе государственной власти.

Техас — единственный штат в континентальной части США с независимой и изолированной сетью. Это позволяет штату избегать федерального регулирования, но также серьезно ограничивает его способность извлекать аварийную электроэнергию из других сетей. ERCOT также управляет единственной крупной сетью в США, не имеющей рынка мощности — системой, которая обеспечивает платежи операторам за то, чтобы они оставались в режиме ожидания для подачи электроэнергии во время суровых погодных явлений.

После того, как более 3 миллионов клиентов ERCOT потеряли электроэнергию в результате замораживания в феврале 2011 года, федеральные регулирующие органы рекомендовали ERCOT подготовиться к зиме с такой же срочностью, как и в пиковый летний сезон. Они также заявили, что, хотя на бумаге резервная мощность ERCOT выглядела хорошо, при этом не учитывалось, что многие генерирующие установки могут выйти из строя из-за морозов.

«Ранее на Юго-Западе в 1983, 1989, 2003, 2006, 2008 и 2010 годах были сильные холодные погодные явления», — резюмировали сотрудники Федеральной комиссии по регулированию энергетики и North American Electric Reliability Corp после расследования массовых отключений электроэнергии в штате в 2011 году. «Обширные отказы генераторов исчерпали запасы ERCOT, которые в конечном итоге упали ниже уровня безопасной эксплуатации».

Пресс-секретарь ERCOT Лесли Сопко не стала подробно комментировать причины энергетического кризиса, но заявила, что руководство энергосистемы планирует пересмотреть допущения, которые лежат в его прогнозах.

По словам Джея Апта, содиректора Центра электроэнергетической промышленности Карнеги-Меллона, предвидеть замораживание было несложно.

«Когда я прочитал, что это было событие черного лебедя, мне просто нужно было задаться вопросом, были ли люди, которые говорят, что они в этом бизнесе достаточно долго, что они все забыли, или просто вошли в это», — сказал Апт. «Люди должны понимать, что такая погода довольно распространена».

Резкое похолодание на этой неделе оставило без электричества 4,5 миллиона клиентов ERCOT. Более 14,5 миллионов техасцев пережили связанный с этим кризис водоснабжения, поскольку трубы замерзли и лопнули. По данным веб-сайта PowerOutage.US, около 65000 клиентов остались без электричества по состоянию на полдень субботы, даже несмотря на то, что температура начала расти.

Чиновники государственного здравоохранения связали более двух десятков смертей с кризисом власти. Некоторые умерли от переохлаждения или возможного отравления угарным газом, вызванного работой портативных генераторов в подвалах и гаражах без достаточной вентиляции. Чиновники говорят, что они подозревают, что число погибших будет расти по мере обнаружения новых тел.

ТОНКИЙ ЗАПАС МОЩНОСТИ

В центральном техасском городе Остин, столице штата, минимальная температура февраля обычно составляет от 42 до 48 градусов по Фаренгейту (от 5 до 9 градусов по Цельсию). На прошлой неделе температура упала до 6 градусов по Фаренгейту (-14 градусов по Цельсию).

В ноябре ERCOT заверил, что сеть готова к такому ужасному сценарию.

«Мы изучили ряд потенциальных рисков как в нормальных, так и в экстремальных условиях и полагаем, что существует достаточное количество поколений, чтобы адекватно обслуживать наших клиентов», — сказал в своем отчете в том же месяце менеджер ERCOT по адекватности ресурсов Пит Уорнкен.

Связаться с Warnken для комментариев в субботу не удалось.

При нормальных зимних условиях, по прогнозам ERCOT, у него будет около 16 200 МВт резервов мощности. Но в экстремальных условиях он прогнозировал резервный запас всего около 1350 МВт. Это предполагало отключение генерации всего на 23 500 МВт. Во время пика кризиса на этой неделе более 30 000 МВт были отключены от сети.

Другие сетевые операторы США поддерживают рынок мощности для поставки дополнительной мощности в экстремальных условиях — платят операторам на постоянной основе вне зависимости от того, производят они электроэнергию или нет. Аукционы на рынке мощности определяют, за три года вперед, цену, которую производители электроэнергии получат в обмен на пребывание в аварийном резерве.

Вместо этого ERCOT полагается на оптовый рынок электроэнергии, где свободные рыночные цены стимулируют производителей обеспечивать ежедневную электроэнергию и делать инвестиции для обеспечения надежности в периоды пиковой нагрузки, по мнению экономистов. Система основывалась на теории, согласно которой электростанции должны получать высокую прибыль при резком росте спроса на энергию и цен, обеспечивая им достаточно денег для инвестиций, например, в подготовку к зиме. Законодательный орган Техаса реструктурировал рынок электроэнергии штата в 1999 году.

Надвигающийся кризис

С 2010 г. резервная маржа ERCOT — буфер между генерирующими мощностями и прогнозируемым спросом — упала примерно с 20% до 10%. По данным некоммерческого регулирующего органа North American Electric Reliability Corporation (NERC), это оказывает давление на производителей во время скачков спроса, делая сеть менее гибкой.

Эта небольшая допустимая погрешность вызвала тревогу рано утром в понедельник среди трейдеров и аналитиков, которые наблюдали за внезапным падением электрической частоты в сети Техаса. Один аналитик сравнил это с наблюдением за тем, как пульс больного пациента падает до опасного для жизни уровня.

Слишком большое падение является катастрофическим, потому что оно приведет к срабатыванию автоматических релейных переключателей для отключения источников питания от сети, что приведет к неконтролируемым отключениям электроэнергии по всему штату. Дэн Джонс, энергетический аналитик компании Monterey LLC, наблюдал из своего домашнего офиса в Делавэре, как частота в сети быстро упала до точки, которая могла вызвать автоматическое отключение.

«Если вы не контролируете ситуацию и позволяете делать это оборудованию, это просто хаос», — сказал Джонс.

К полудню воскресенья, около 15:15 (центральное стандартное время), диспетчерская ERCOT сообщила, что у нее закончились возможности для увеличения выработки электроэнергии, чтобы удовлетворить растущий спрос. Операторы предупредили, что «не существует рыночного решения» для прогнозируемого дефицита, согласно сообщениям диспетчерской, опубликованным ERCOT на своем веб-сайте.

Адам Синн, президент находящейся в Хьюстоне компании по торговле энергоносителями Aspire Commodities, сказал, что ERCOT слишком долго ждала, чтобы начать говорить коммунальным предприятиям о прекращении подачи электроэнергии потребителям, чтобы защититься от обвала сети. По его словам, проблемы стали очевидны за несколько дней до понедельника.

«ERCOT позволял системе становиться все слабее и слабее», — сказал Шинн в интервью. «Я думал: черт возьми, что делает этот оператор сети? Он должен сократить нагрузку ».

Шинн сказал, что начал писать своим друзьям в воскресенье вечером, предупреждая их ожидать массовых отключений.

«СЕКУНДЫ И МИНУТЫ»

Рано утром в понедельник один из крупнейших источников электроэнергии в штате — реактор 1-го блока АЭС в Южном Техасе — прекратил вырабатывать электроэнергию после того, как небольшой участок трубы замерз при температуре, которая в среднем составила 17 градусов по Фаренгейту (9 градусов Цельсия). Энергосистема потеряла доступ к 1350 МВт ядерной энергии — достаточной для питания около 270 000 домов — после того, как автоматические датчики обнаружили замерзшую трубу и защитно отключили реактор, сказал Виктор Дрикс, представитель Комиссии по ядерному регулированию США.

Около 2:30 (CST) кооператив South Plains Electric Cooperative в Лаббоке сообщил, что ему позвонили из ERCOT и потребовали отключить электричество для своих клиентов. Согласно оперативным сообщениям, опубликованным оператором сети, внутри диспетчерской ERCOT сотрудники пытались позвонить в коммунальные службы и кооперативы по всему штату и попросить их сделать то же самое.

Три дня спустя генеральный директор ERCOT Билл Мэгнесс признал, что оператор сети лишь едва избежал катастрофы в виде неконтролируемых отключений электроэнергии.

«Если бы мы не предприняли никаких действий, — сказал он в четверг, — это были бы секунды и минуты (до), учитывая количество генерации, которое выходило из системы в то время, когда спрос все еще рос».