Как изменение климата влияет на энергосистему

После урагана в Гомельской области Министерство энергетики анонсировало план повышения надежности энергетической системы перед стихийными бедствиями. Хотя сам план еще не опубликован, уже был подписан Указ № 358 «О повышении надежности электроснабжения».

Сам указ включает лишь одну меру — строительство линии электропередач напряжением 330 кВ Мозырь – Петриковичи – Микашевичи.

Впрочем, строительство этой линии было запланировано еще в 2021 году в рамках программы комплексной модернизации энергетической отрасли на 2021–2025 годы.

• Высоковольтные ЛЭП проложат без оценки экологических последствий

Эксперт iSANS Евгений Макарчук проанализировал, как изменение климата влияет на энергетическую систему страны, и указал на то, к каким вызовам Беларуси стоит готовиться уже сейчас.

"В указе под названием «О повышении надежности электроснабжения», изданном вскоре после бури, оставившей целый район без электричества, ожидался более проработанный комплекс мер, чем строительство одной линии, уже запланированной ранее, - отметил эксперт. - Между тем, по прогнозам метеорологов, из-за изменений климата неблагоприятные погодные явления будут только учащаться".

Несмотря на то, что в чрезвычайной ситуации в Мозыре основному ущербу от шквалистого ветра подверглись энергосети, важно понимать, что изменение климата — это не только более мощные бури и более высокие скорости ветра.

Климатические изменения будут влиять на множество погодных параметров, среди которых основные:

• Волны жары — периоды аномально высокой температуры;
• Волны холода — периоды аномально низкой температуры;
• Паводки — увеличение количества осадков;
• Засухи — длительные периоды с минимальными осадками;
• Бури — учащение ударов молний и штормовых ветров;
• Переходы через ноль — увеличение числа дней с перепадами температуры от плюсовых к минусовым значениям по шкале Цельсия.

Первым заметным воздействием стали штормовые ветра, повредившие линии электропередач. Это не означает, что другие климатические угрозы можно игнорировать — их влияние проявится позже, но может быть столь же значительным.

Готовиться к ним нужно уже сегодня, так как большинство инженерных решений при проектировании энергетических объектов основывается на климатических параметрах. Период эксплуатации энергетической инфраструктуры длится несколько десятилетий, и, вероятно, она столкнется с совершенно новыми климатическими условиями.

Каждый из перечисленных параметров изменения климата может оказывать влияние на различные аспекты энергетической инфраструктуры. 

Волны жары

• Увеличение потребления на кондиционирование: возрастет спрос на электроэнергию для охлаждения, так как увеличение частоты и продолжительности жарких периодов приведет к массовой установке кондиционеров. Пик потребления электроэнергии будет совпадать с пиковыми нагрузками на электросети, что потребует увеличения мощностей электростанций и сетевой инфраструктуры.
• Удлинение проводов: температурное расширение проводов приводит к их удлинению и провисанию между опорами, что увеличивает риск коротких замыканий на землю и возможных отключений линий.
• Снижение эффективности градирен и мощности электростанций: в жаркую погоду снижается способность градирен эффективно испарять воду, что ухудшает охлаждение оборотной воды для конденсаторов, а значит, снижает мощность электростанций. То же самое касается работы брызгальных бассейнов.
• Снижение эффективности электростанций: рост температуры охлаждающей воды в конденсаторах турбин повышает температуру на выхлопе и снижает эффективность работы турбин.
• Повышение температуры масла в трансформаторах: это может привести к их отключению или даже пожарам. Например, в 2021 году жара вызвала отключение крупнейшей электростанции страны и едва не привела к веерным отключениям.
• Снижение эффективности воздушных теплообменников: все воздушные теплообменники, используемые на трансформаторных подстанциях и других объектах, теряют эффективность при высоких температурах, что дополнительно повышает риск отказов оборудования.

Волны холода

• Увеличение потребления тепловой и электрической энергии: понижение температуры увеличивает потребность в отоплении и электроэнергии, что приводит к дополнительной нагрузке на электростанции и сетевую инфраструктуру. Это также требует обеспечения дополнительных резервов мощности.
• Укорочение проводов из-за температурного расширения: низкие температуры приводят к сокращению длины проводов, что повышает нагрузку на угловые и концевые опоры линий электропередач. Это увеличивает вероятность обрыва проводов из-за повышения механического напряжения в проводах;
• Увеличение нагрузки на линии и теплосети: понижение температуры вызывает рост потребления энергии, что увеличивает нагрузку на электрические линии и теплосети. Также растет температура теплоносителя и тока, что может привести к перегрузке и повреждениям оборудования.

Паводки

• Снижение потенциала использования стока рек: аномально высокий уровень воды в реках может негативно сказаться на работе гидроэлектростанций (ГЭС), заставляя сбрасывать большие объемы воды мимо гидроагрегатов. Это снижает их производительность. Также необходимо проверять прочность конструкций ГЭС для защиты от возможных аномально больших паводков.
• Подтопления энергетических объектов: повышение уровня воды может привести к подтоплению территорий электростанций, котельных, теплотрасс и насосных станций, расположенных в низинах или под землей. Это может привести к остановке оборудования и нарушению энергоснабжения для потребителей. Рост уровня воды может также вести к коротким замыканиям в электроэнергетическом оборудовании.

Засухи

• Снижение выработки на ГЭС: из-за уменьшения объема воды, доступной для использования, снижается выработка электроэнергии на гидроэлектростанциях.
• Дефицит воды для технологических нужд: засухи сокращают стоки рек и уровни воды в водоемах, что ограничивает возможности использования воды для охлаждения конденсаторов на электростанциях. Это снижает их мощность и может приводить к отключению.

Бури

• Обрывы линий электропередач: сильные ветры могут вызывать обрывы проводов, повал деревьев и повреждения опор линий электропередач, что приводит к нарушению электроснабжения.
• Повреждения газопроводов и теплотрасс: упавшие деревья и обломки зданий могут повредить надземные газопроводы и теплотрассы, что приведет к перебоям в поставках газа и тепла.

Переход через ноль

• Обледенение проводов: при температурах близких к нулевой возрастает вероятность образования льда на проводах, что может привести к их обрыву. Также увеличивается нагрузка на железобетонные конструкции, фундаменты зданий и оборудования, таких как опоры линий электропередач и трансформаторы, что может ускорить их износ и привести к повреждениям.

Это предварительная оценка возможных последствий изменения климата для энергетической системы.

Что делать?

На основании выявленных рисков можно предложить следующие рекомендации для плана повышения надежности энергосистемы:

- Оценка изменения графика нагрузки и моделирование работы энергосистемы: необходимо оценить, как изменение климатических условий повлияет на график нагрузки, а также провести моделирование работы энергетической системы с учетом ограничений по мощности электростанций и возможных пиковых нагрузок.

- Ревизия линий электропередач: следует провести комплексную проверку линий электропередач, учитывая потенциальные угрозы, такие как повреждения от бурь, обледенение, налипание снега и изменение длины проводов из-за температуры.

Также необходимо предусмотреть установку дополнительного оборудования для предотвращения этих явлений.

- Пересмотр нормативов проектирования: нужно адаптировать нормативы проектирования теплотрасс, котельных, линий электропередач и других энергетических объектов, чтобы учесть возможные изменения климата, в том числе максимальные и минимальные температуры окружающего воздуха, а также экстремальные погодные явления.

- Модернизация и строительство новых подстанций и линий электропередач: при проектировании новых и модернизации существующих трансформаторных подстанций и линий электропередач необходимо учитывать повышение температур работы оборудования.

Кроме того, опоры и конструктивные элементы должны быть спроектированы с учетом возможных изменений температурных условий и переходов через ноль в будущем.

- Оценка гидрологического режима водоемов: необходимо переоценить гидрологический режим рек и прудов, которые используются для охлаждения, в контексте изменений объемов осадков, а также вероятности засух и паводков.

Это поможет обеспечить стабильную работу гидроэлектростанций и других объектов, использующих водные ресурсы для технологических нужд.