Аккумуляторы и отключение энергоснабжения: как хранение энергии спасло энергосистему Великобритании

В 16:52 в пятницу, 9 августа 2019 года, в Великобритании произошло первое широкомасштабное отключение электроэнергии за более чем десятилетие. Более 1,1 миллиона потребителей оказались в темноте, железнодорожные линии остановились, светофоры вышли из строя и даже аэропорты сообщили о проблемах. В статье на Energy Storage Лиам Стокер рассматривает основные причины происшествия и как аккумуляторная батарея всё спасла. 

16: 52: 33,490. Эти девять последовательных цифр не будут значить много за пределами энергетического сектора Великобритании, но, вероятно, будут вписаны в фольклор. Это точное время, когда 9 августа 2019 года один удар молнии вызвал каскад событий и привел к первому крупному отключению электроэнергии в Великобритании за более чем десятилетие.

Более миллиона человек столкнулись с перебоями в электроснабжении. Этот инцидент попал в заголовки национальных газет на последующие несколько дней после появления многочисленных теорий и слухов.

Кибератака? Нет, опроверг британский оператор системы передачи National Grid. Была ли проблема в  возобновляемых источниках энергии? Ведь ранее в тот день с помощью ветра было произведено более половины энергии страны. Спустя всего несколько часов свет погас.

Но такие теории были также опровергнуты National Grid. Хотя в тот день действительно было немного меньше инерции в сети, благодаря менее синхронной генерации, это не было истинной причиной отключения электроэнергии.

Истинная причина по предварительному расследованию National Grid, опубликованному 19 августа, возможно, была одновременно и более простой, и более сложной.

Гром и молнии

Временная шкала событий National Grid объединяет последовательность событий, которые, по отдельности решаемы, но все вместе привели к падению частоты, достаточно большой, чтобы вызвать отключение электроэнергии. Молния ударила по линии электропередачи около Итона Сокона, города недалеко от Сент-Неотса в Кембриджшире.

Удар молнии, как и десятки других, поразивших сетевую инфраструктуру, был, как обычно блокирован системой защиты. Тем не менее, он спровоцировал протокол отключения малой сети электрогенерации от единой энергосистемы - которая потребляла около 500 МВт встроенной генерации – бытовых солнечных батарей, аккумуляторов и тому подобного. Эта потеря генерации окажется решающей.

Несколько секунд спустя, в нескольких милях от удара молнии, электростанция CCGT, названная Little Barford и принадлежавшая европейскому энергетическому гиганту RWE, вышла из строя, забрав с собой около 700 МВт электроэнергии. Через несколько секунд после этого оффшорная ветряная электростанция Хорнси также отключилась, что привело к событию, которое National Grid описывают как «редкое и необычное». 

Причины одновременного отключения двух крупных генераторов являются предметом продолжающихся расследований. National Grid заявила, что хотела бы сотрудничать с RWE и Orsted, чтобы лучше понять механизмы отключения соответствующих электростанций. Оба оператора до сих пор остаются немногословными.

В общей сложности около 1378 МВт генерации потеряла британская система передачи в течение нескольких секунд, снизив частоту энергосети до исходного минимума 49,1 Гц, после чего последовало вторичное снижение напряжения, которое достигло частоты 48,8 Гц, выходящей за пределы безопасного рабочего лимита. Попытки использовать резервную мощность для восстановления частоты потерпели неудачу, а это означает, что National Grid была вынуждена обратиться к операторам  районной распределительной сети Великобритании с просьбой начать автоматическую частотную разгрузку (LFDD); а именно - отключение питания потребителей.

Клиенты остались в неведении, но операторы аккумуляторных батарей – мощностью 475 МВт, согласно данным National Grid, - включились в работу.

Временная шкала отключения

16: 52: 33.490 - National Grid Electricity Transmission (NGET) сообщает о замыкании между цепями Итон Сокон-Уимондли, вызванном ударом молнии.

16: 52: 33.728 - Морская ветряная электростанция Хорнси начинает разгрузку своих генерирующих мощностей, ранее генерируя 799 МВт.

16:52:34 - Паровая турбина  на тепловой станции Литл Барфорд останавливается, лишая систему 244 МВт.

16:52:34 - Национальный оператор энергосистемы (ESO) инициирует автоматическую частотную разгрузку в попытке стабилизировать частоту сети, увидев, что она упала до 49,1 Гц.

16:53:18 - ESO сообщает, что частотная характеристика восстанавливается до 49,2 Гц, сдерживая нисходящую кривую.

16:53:31 - Тем временем в Литл Барфорде отключаются блоки, а National Grid пытаются восстановить частоту.

16: 53: 49.398 - Частота сети снова падает, нарушая безопасный предел в 48,8 Гц. Операторы распределительных сетей запускают протоколы LFDD и отключают 931 МВт нагрузки  от системы.

16:53:58 - Еще один блок в Литл Барфорде, который еще больше усложняет ситуацию, отключается. Совокупные потери составляют 1878 МВт, что в сумме – 1378 МВт генерации, подключенной к системе передачи, и 500 МВт встроенной генерации.

16:57:15 - Частота возвращается к 50 Гц после 1 ГВт снятия нагрузки операторами распределительных сетей и 1240 МВт благодаря действиям предпринятым ESO.

17:06 - Операторы распределительных сетей говорят, что могут начать восстанавливать электроснабжение потребителей.

17:37 - Все операторы распределительных сетей подтверждают, что восстановление электроснабжение завершено.

Аккумуляторы и скачки

Миллисекунды после того, как Литл Барфорде вышел из строя, National Grid сообщила о своих резервных мощностях, чтобы помочь компенсировать коллапс. Аккумуляторы начали разряжаться, включились другие генераторы , и на мгновение показалось, что худшее было предотвращено. Однако отключение Хорнси привело к тому, что частота снова упала, а резерв National Grid был недостаточным. 

Тогда National Grid еще раз уточнила, что ее резервы мощности составляют около 1 ГВт – минимальная мощность, утвержденная в соответствии со стандартами безопасности и качества поставок. Эта цифра рассчитана на то, чтобы компенсировать коллапс единственного крупнейшего генератора энергии, в настоящее время ядерного реактора Sizewell B мощностью 1,2 ГВт.

Потеря около1,4 ГВт за секунды – это событие, или, скорее, набор отдельных событий, которые, очевидно, были чем-то, к чему National Grid не была подготовлена. Должен ли системный оператор иметь более значительный резерв, который можно использовать, особенно когда в систему поступает большое количество несинхронных, возобновляемых источников энергии – это вопрос, который, вероятно, станет центральным элементом предстоящих дебатов. 

Тем не менее, аккумуляторные батареи разряжались. Другие генераторы тоже продолжали сокращать дефицит энергосистемы. По мере того, как операторы распределительных сетей начали потреблять до 1 ГВт спроса в системе, частота энергосистемы начала возвращаться к норме. 

Потребовалось всего 2 минуты 22 секунды для этой комбинации аварийной разгрузки и частотного отклика – немалого количества мощности, обеспечиваемого аккумуляторами – чтобы восстановить частоту до безопасного уровня, в четыре раза быстрее, чем в последний раз, когда такой инцидент произошел в 2008 году. За четыре минуты – точнее 3:47 – частота сети была восстановлена до обычных рабочих пределов, значительно быстрее, чем за 11 минут, которые потребовались десять лет назад.

Инцидент стал еще более интересным с оперативной точки зрения, когда вступили в силу протоколы LFDD. Как только операторы распределительных сетей начали снижать нагрузку, National Grid быстро почувствовала скачок в частоте.

 «Когда National Grid отключила питание, частота  быстро восстановилась, это означало, что наши аккумуляторные станции сбалансировали сеть при отключении нагрузки распределительных сетей», - сказал директор по управлению активами Anesco Майк Райан.

В течение четырех минут система электроснабжения Великобритании, которая считается одним из самых безопасных в мире, была отключена и восстановлена до безопасных эксплуатационных пределов. Аккумуляторы сыграли ключевую роль, но тот факт, что система отключилась, был достаточно спорным, чтобы инициировать два отдельных официальных расследования.

Что ждет нас в будущем

Исполнительный директор Limejump Эрик Найгард призвал к значительному увеличению высокочастотного ответа (FFR), которые могут обеспечить быстрый отклик, необходимый для компенсации таких резких падений частоты сети. 

Хранилище аккумуляторов National Grid с расширенным частотным ответом (EFR), рассчитанное на 200 МВт, которое реагирует на частотные события за 0,5 секунды, действительно помогло оператору системы быстро реагировать на резкое падение частоты в сети.

Найгард говорит, что National Grid может эффективно удвоить свой парк FFR, что обойдется примерно в 100 миллионов фунтов стерлингов в год. Учитывая, что затраты будут эффективно передаваться потребителям через тарифы, что эквивалентно примерно нескольким фунтам дополнительно в год, то это может быть небольшой ценой за энергетическую безопасность.

 

 

Тэги: контракты, возобновляемые источники энергии, АЭС, тарифы, солнечная энергетика, ветровая энергетика, законодательство, электроэнергия, Евросоюз, энергорынок, ЛЭП, рынок электроэнергии, ВИЭ, energy storage

Читайте также

«Донецкоблгаз» должен отменить начисленную стоимость превышения годовой мощности для «Донбассэнерго» – НКРЭКУ
Базовую нагрузку АЭС в июле увеличено – Минэнерго
ГарПок реализовал 136 тыс. МВт•ч электрической энергии по двусторонним договорам