Если вы пережили облом «проблемы 2000 года», Y2K, то вы, возможно, помните эту шумиху практически безо всяких последствий. С переходом календаря с 1999 на 2000 год многие предрекали вскрытие катастрофических ошибок в ПО машин, контролировавших наши банки и инфраструктуры. Потенциальная катастрофа не оправдала ожиданий, но зато в начале нового тысячелетия произошла другая серьёзная инфраструктурная катастрофа, приведшая к массовым отключениям энергии (блэкаутам) в Северной Америке. По масштабу трагедии могло показаться, что это сработали запоздалые последствия Y2K, но реальной причиной отключений были просто организационные проблемы самой сети.

Встроенное защитное оборудование

Хотя отключения масштаба тех, что происходили в начале 2000 годов, довольно редки, небольшие локальные отключения практически обязательно рано или поздно происходят. Хотя электростанции мотивированы на максимальную защиту от этих происшествий (нет энергии – счётчики не крутятся), не существует гарантированного способа защиты от молнии, ударяющей в линии электропередач или в дорогостоящее оборудование, или от неразборчивых электриков, перегружающих панели и повреждающих трансформаторы, или от птиц, вьющих гнёзда на подстанциях.

В теории, при возникновении любой проблемы (отказа электрической системы) существует великое множество защитных устройств, призванных до минимума сократить время простоя. Большая часть проблем – это краткосрочные отказы, самоустраняющиеся довольно быстро. В линию может ударить молния или на неё может упасть ветка. Вместо того чтобы отключать защитный выключатель, который потом понадобится включать вручную, небольшие устройства для автоматического повторного включения (АПВ), могут заново подавать напряжение на секции сети, испытавшие временный отказ (неустойчивое повреждение). В случае устойчивых повреждений сработает более крупный выключатель, но его уже придётся включать вручную, после устранения повреждения электриками. В электрической сети часто встречаются и одноразовые предохранители, которые, в отличие от АПВ-устройств и автоматических выключателей приходится затем заменять.


Торонто во время массового отключения энергии

Идеальный отказ

Но и у всего этого защитного оборудования есть свои недостатки, и при определённых условиях оно может начать плохо себя вести, что может привести к необычным последствиям. Так и произошло во время северо-восточного отключения 2003 года, когда линия передач в Огайо соприкоснулась с деревом. Обычно такой случай быстро разрешился бы при помощи защитного оборудования и операторов сети. Но это был летний день, и соприкосновение произошло из-за того, что линия провисала больше обычного, передавая ток, близкий к максимально возможному. Больше тока – больше теплового расширения проводов, и больше шансов соприкоснуться с тем, с чем не нужно.

Поскольку это был летний день, после отключения первой линии передач вся нормальная нагрузка плюс вся пиковая нагрузка должны были быть распределены по другим контурам, чтобы избежать нехватки энергии. И обычно это было бы легко осуществить, но остальные контуры также находились под пиковой нагрузкой, и после того, как на них внезапно передалась дополнительная энергия, они отключились, в результате чего больше линий стало перегружено, и ещё больше контуров отключилось. В итоге более 50 млн человек в США и Канаде остались без электричества. На тот момент это была второе по распространённости отключение энергии [крупнейшее за всю историю отключение случилось в Индии в 2012 году и затронуло 620 млн чел. – прим. перев.], и привели к нему такие простые обстоятельства, как жаркий день и небольшая ошибка в компьютере, позволившая каскадным отключениям быстро выйти из-под контроля.


Таймс-сквер во время отключения в 2003 году

Необходимо отметить, что энергокомпании – это коммерческие организации, поэтому постройка энергосети, более выносливой, чем это необходимо, не имеет коммерческого смысла. Конечно, всегда имеет смысл иметь дополнительную страховочную мощность, и компания из Огайо в какой-то момент действительно могла действовать пренебрежительно, но, по крайней мере, они не были совсем уж халатными. К тому же, задним умом всегда легко находить виноватого.

Отключения как бизнес-модель

С другой стороны, были и такие отключения, которые были специально организованы компаниями, стремившимся поживиться на этом. Калифорнийский энергетический кризис 2000-2001 годов – практически азбучный пример конфликта интересов, когда такой продавец энергии, как Enron, контролирующая поставку энергии в штат, также торгует и энергетическими фьючерсами. Такая практика уже запрещена, но для этого потребовалось, чтобы эта компания, известная сегодня коррупцией, сомнительными бизнес-практиками и банкротством, катализировала изменения в законах, позволявших подобное отсутствие регулирования на энергетическом рынке. Калифорния во время этого кризиса постоянно подвергалась каскадным отключениям, несмотря на то, что система электропередач была достаточно надёжной, чтобы выдержать все запросы, и генерирующих мощностей было достаточно для того, чтобы обеспечить потребности всего штата без всяких отключений.


Нью-Йорк во время отключения 1977 года

Заводим электростанцию «прикуриванием»

Несмотря на увеличившиеся благодаря Enron полномочия регулятора в Северной Америке, который способен справляться с такими проблемами, энергокомпании обязаны восстанавливать подачу энергии после отключения. Хотя повреждения в сети надо починить, подавать на неё энергию с атомной электростанции или с газовой турбины – это не так просто, как щёлкнуть выключателем. Если электростанция перестаёт вырабатывать энергию, для запуска ей требуется либо внешнее питание, либо т.н. система «чёрного старта» (генераторы), запускающие более крупные дизельные генераторы, дающие необходимую энергию. Необходимо запускать паровые котлы, двигать управляющие стержни, подавать топливо – и для всего этого требуется энергия. Обычно для «чёрного старта» компании используют гидроэнергетические станции, но в тех местах, где невозможно запрудить реку, используются другие технологии.

Небольшие отключения энергии могут случиться где угодно, а крупные происходят относительно редко, несмотря на стареющую инфраструктуру и нерадивые компании. Конечно же, в масштабах целой сети передача энергии может идти по очень сложной схеме. В следующих статьях серии мы рассмотрим «умные» сети: современную модернизацию электросети и то, как современные технологии помогают улучшить её.