Сообщество - Энергетика
Добавить пост
205 постов 1 999 подписчиков

Популярные теги в сообществе:

5894

Для общего развития

Для общего развития Опора, ЛЭП, Наглядно, Техника, Энергетика, Картинка с текстом
Показать полностью 1
3299

Можно ли ввести обратно в строй немецкие АЭС?

Автор: Владимир Герасименко.


Армянское радио спрашивают: а разве в Германии, раз у них проблемы с закачкой газа, не могут реактивировать свои АЭС?

Можно ли ввести обратно в строй немецкие АЭС? Cat_cat, Текст, Энергетика, Атомная энергетика, АЭС, Германия, Длиннопост

Отвечаем. Технически могут, но практически - нет.


В чём суть проблемы. К началу 2011 г. Германия подошла с 17 ядерными реакторами мощностью более 20 ГВт, что составляло 15% установленной мощности, и производили более четверти электроэнергии (133 ТВтч в 2010 г.). Планы по закрытию АЭС к 2022, потом 2030 году прорабатывались под давлением партии Зеленых ещё при канцлере Шрёдере, но постоянно откладывались. После Фукусимы давление зелёных на правительство Меркель привело к тому, что был создан план поэтапного вывода АЭС к 2022 году. Этот план был согласован с планом по "зеленому переходу" и поэтому выглядел, как значительный шаг вперёд.

Можно ли ввести обратно в строй немецкие АЭС? Cat_cat, Текст, Энергетика, Атомная энергетика, АЭС, Германия, Длиннопост

Немецкие АЭС в 2011 году


На момент июля 2022 года в работе остаются всего 3 блока АЭС (Isar 2, Emsland, Neckarwestheim 2) с установленной мощностью в 4 ГВт. Все три блока АЭС должны быть выведены из работы к концу года.


Что означает остановка АЭС? Это глушение цепной реакции, после чего необходимо извлечь топливо и отправить его в отстойник для снижения активности, где топливо будет "догорать" ещё несколько лет, после чего его утилизируют. Извлекать топливо из реактора можно не сразу, выдерживая его прямо внутри, что и происходит на многих из остановленных АЭС

Можно ли ввести обратно в строй немецкие АЭС? Cat_cat, Текст, Энергетика, Атомная энергетика, АЭС, Германия, Длиннопост

Shutdown — блоки выведенные из работы, Licensed decomm — блоки на которые получена лицензия на демонтаж


Известно, что на 6 блоках АЭС из 14 выведенных из работы после 2011 года уже получены лицензии на демонтаж и начаты работы. Срок работ от 10 до 15 лет, в ходе которых будут разобраны все элементы конструкции. Ввод в эксплуатацию этих АЭС нецелесообразен, так как это потребует значительных инвестиций на восстановление уже снесённого и разобранного.


Другое дело это оставшиеся 8 блоков АЭС, выведенных из эксплуатации, на которые ещё нет лицензий на демонтаж. Эти блоки АЭС всего лишь законсервированы, т.е. на них присутствует персонал, поддерживающий безопасность объекта. В теории, никаких технических препятствий для их введения в строй нет, кроме необходимости получить лицензию регулятора, что отдельный геморрой на 3-5 лет. Причём, чем дольше АЭС находилась в консервации тем сложнее процесс, так как придётся доказывать, что за время простоя надежность работы не упала ниже критической. Во многом схожая ситуация и с 3 блоками АЭС в работе - им тоже нужно продлевать лицензию. В теории, за время получения лицензии можно успеть устранить обнаруженные технические неисправности, но стоит понимать, что в любом случае первые мегаватты в сеть пойдут только через несколько лет.

Можно ли ввести обратно в строй немецкие АЭС? Cat_cat, Текст, Энергетика, Атомная энергетика, АЭС, Германия, Длиннопост

И это технически, фактически же проблема в том, что даже имеющиеся АЭС их операторы не могут эксплуатировать дальше из-за недостатка персонала. Так, согласно информации Reuters (https://www.reuters.com/business/energy/could-germany-keep-i...), на всех АЭС оставшихся в работе уже давно велась подготовка к их остановке, из-за чего число персонала поддерживалось лишь на уровне, необходимом для этого. Также не закупалось новое топливо и прочие запасники. Проще говоря, у операторов АЭС нет достаточных ресурсов даже для управления ещё работающими, а про уже остановленные вообще речи нет.


В теории, при наличии бездонного кармана правительства можно вытащить с пенсии или других работ бывших сотрудников АЭС, можно запустить вновь курсы подготовки новых, но это всё процесс не очень быстрый. Чтобы снова войти в рабочий процесс, старым атомщикам потребуется немалое время, необходимое для освежения знаний об АЭС. На подготовку новых же сотрудников уйдут годы, причём опять же, базу для их подготовки придётся создавать тоже почти с нуля на основе имеющегося кадрового резерва опытных сотрудников, которых и так не будет хватать. Причём, подготовка квалифицированного персонала это ещё один пунктик в чеклисте атомного регулятора, без которого лицензию не видать.


Ок. А если выписать работников из заграницы? Тут возникает проблема с тем, что немецкие АЭС построены по проекту энергетического подразделения концерна Siemens - Siemens-KWU. Данный проект более не строился ни в одной стране, а потому опыта его эксплуатации нет ни у кого, кроме немцев. В теории, на системы не связанные с безопасностью, можно нанять без переобучения сотрудников с других АЭС при условии, что они уже работали с таким оборудованием: всё же в отрасли часто применяются одни и те же агрегаты. А вот если это оборудование для них новое или система, связанная с безопасностью, то надо переучиваться и тут мы возвращаемся к предыдущему абзацу.


То есть на выходе мы имеем следующее:


- 6 энергоблоков из 17 уже не имеет смысла воскрешать;


- Для 8 законсервированных энергоблоков процесс перезапуска может оказаться вовсе невозможным из-за нехватки квалифицированных специалистов для этого. В теории, можно реактивировать, например, 3 выведенных из работы в январе 2022 года энергоблока, но непонятно, хватит ли на это ресурсов при условии продолжения эксплуатации оставшихся трёх;


- Для 3 последних работающих энергоблоков реально возможно продлить срок эксплуатации при условии начала найма и подготовки нового персонала, а также начала закупок топлива и иных комплектующих. Но их всё равно придётся останавливать на пару лет до момента получения лицензии и перегрузки топлива, т.е. справиться с нынешним энергокризисом они не смогут помочь.

Можно ли ввести обратно в строй немецкие АЭС? Cat_cat, Текст, Энергетика, Атомная энергетика, АЭС, Германия, Длиннопост

Немцы протестуют против закрытия АЭС в этом году


Причём, чтобы хотя бы сохранить 3 последних энергоблока, нужно уже сейчас выделять средства и начинать работу по лицензированию, что требует твёрдого желания властей сохранить атомную энергетику в стране. Но именно этого желания у немецких властей, продолжающих читать мантры про безъядерную Германию и Чернобыль с Фукусимой, и не наблюдается. Поэтому, скорее всего, последние 3 энергоблока таки будут навсегда остановлены.


Информация по актуальному статусу АЭС взята отсюда: https://world-nuclear.org/information-library/country-profil...

По техническим аспектам вывода АЭС из работы: https://www.base.bund.de/EN/ns/ni-germany/npp/shutdown/shutd...

Отличная статья о выводе из работы АЭС: https://tnenergy.livejournal.com/145344.html

О проблемах Германии с газом: https://www.gazeta.ru/business/news/2022/07/07/18083336.shtm...


Оригинал: https://vk.com/wall-198181079_357750

Пост с навигацией по Коту


А ещё вы можете поддержать нас рублём, за что мы будем вам благодарны.

Значок рубля под постом или следующие реквизиты:

Яндекс-Юmoney (410016237363870) или Сбер: 4274 3200 5285 2137.

При переводе делайте пометку "С Пикабу от ...", чтобы мы понимали, на что перевод. Спасибо!

Подробный список пришедших нам донатов вот тут.


Подпишись, чтобы не пропустить новые интересные посты!

Показать полностью 4
1779

Термометры улыбаются тебе

И желают работы без напряжения

Термометры улыбаются тебе Парейдолия, Энергетика, Термометр, Улыбка
1693

«Зелёная» и ядерная энергия — кто кого?

Автор: Стас Ворчун.


В европейских странах активно пропагандируется переход от «плохой невозобновляемой» энергетики, к которой относят тепловые электростанции на ископаемом топливе, а также атомные, к «хорошей зелёной», к которой относят в первую очередь солнечные и ветровые. В данной статье будет разобрана зависимость альтернативной энергетики от атомной.

«Зелёная» и ядерная энергия — кто кого? Cat_cat, История, Энергия, Энергетика, Атомная энергетика, Альтернативная энергетика, Длиннопост

I. «Плохая невозобновляемая» энергетика


К невозобновляемым источникам энергии отнесены все электростанции на ископаемом топливе – тепловые на угле, на мазуте, на газе, ядерные. Действительно, все они используют топливо, добытое из-под земли.


Что касается электростанций на ископаемом углеродном топливе, они действительно серьёзно влияют на экологическую обстановку. Если не говорить о парниковых газах, а только о прямом вреде для живого, даже газовые электростанции дают вредные для живых существ выхлопы, а самые «грязные» среди тепловых — электростанции на торфе и буром угле. Угольные электростанции дают довольно много золы, которая могла бы быть использована, например, в качестве удобрений, если бы она не содержала значимые количества радиоактивных изотопов. В частности, зола тепловых электростанций, работающих на кузбасских углях, содержит уран и торий на уровне, типичном для урановых руд. Зона превышения ПДК по радионуклидам вокруг угольной электростанции охватывает сотни квадратных километров[18].

«Зелёная» и ядерная энергия — кто кого? Cat_cat, История, Энергия, Энергетика, Атомная энергетика, Альтернативная энергетика, Длиннопост

В выхлопе электростанций на нефтепродуктах (мазуте и твёрдых углеводородах, сюда же относятся дизельная генерация) радионуклидов меньше, зато больше оксидов серы, азота и других не полезных для животных и растений веществ[16].


С ядерными электростанциями ситуация несколько иная. Во время эксплуатации современные АЭС дают сравнительно низкий уровень загрязнений – ни парниковых газов, ни заметной радиоактивности[17]. Даже три худшие аварии на АЭС, двумя из которых медийные персоны любят пугать обывателей – чернобыльской и фукусимской, по своим последствиям менее тяжёлые, чем крупные аварии на неядерных технологических объектах. Например, число жертв крупнейшей ядерной аварии – чернобыльской аварии 1986 года в десятки и тысячи раз меньше, чем число жертв крупной аварии 1984 года на химическом заводе в Бхопале: в Чернобыле умерли 29 человек от острой лучевой болезни, а общее число смертей от последствий аварии по разным оценкам составляет от 50 до 4000 человек[11]; в Бхопале за день умерли 3000 человек, в течение недели – 10 тысяч, за последующие 20 лет – 15 тысяч. Причём данные по бхопальской трагедии не оценочные: это официальная информация об умерших в результате отравления ядохимикатами[3]. В фукусимской аварии 2011 года радиоактивная вода утекла в океан и разбавилась там до безопасных концентраций, и жертвой аварии стал один человек – сотрудник АЭС, который умер в 2018 году от рака лёгкого[1].

«Зелёная» и ядерная энергия — кто кого? Cat_cat, История, Энергия, Энергетика, Атомная энергетика, Альтернативная энергетика, Длиннопост

С топливом ситуация также сильно отличается в случае угля, нефти, газа с одной стороны, и ядерного – с другой. Для углеродных видов топлива уже видны или достигнуты пределы для их добычи. Пики добычи углеводородов и угля пройдены во многих странах[22]. Что касается топлива для ядерных электростанций, мало того, что оно разведано на 50–80 лет вперёд, так еще и существует рабочая технология для его получения из стабильного изотопа урана, что отодвигает проблему на тысячи лет[19]. При уже достигнутом темпе прогресса это даёт уверенность в том, что до исчерпания запасов будет найден другой удобный источник энергии.


Таким образом, атомная энергетика совершенно зря записана «зелёными» энтузиастами в «плохой» лагерь. Это скорее результат радиофобии, а не реальных недостатков.


II. «Хорошая зелёная» энергетика


К «зелёной» энергетике, использующей возобновляемые ресурсы, в последнее время относят исключительно солнечные и ветровые электростанции. На самом деле старейшие действующие электростанции работают как раз на возобновляемом источнике – энергии падающей воды, и это ГЭС. У гидроэлектростанций есть преимущества по сравнению с тепловыми, есть и недостатки. С точки зрения влияния на экологическую обстановку ГЭС совсем не идеальны, хотя и намного лучше, чем ТЭС. Но не лучше АЭС. Дело в том, что при строительстве ГЭС затопляются большие территории. Водохранилища изменяют локальный и региональный климат и ухудшают экологическую обстановку[12].


Ветровые электростанции, как ни странно, не безвредны. В частности, большие «поля» ветряков приводят к нагреву почвы, что изменяет местный климат[9]. Другой минус ветряков – они убивают птиц и летучих мышей[10].


Солнечные электростанции при массовом строительстве тоже внесут свой вклад, хотя он может считаться скорее положительным – большое количество СЭС в пустынях будет приводить к их увлажнению. Правда и выработка энергии при этом на них снизится[7].


Казалось бы, с фотовольтаикой всё хорошо. Но нет. Срок службы солнечных панелей – не более 50 лет. Их производство и переработка далеко не безопасны для экологии, и массовое производство фотовольтаики чревато серьёзной экологической проблемой[20].


III. Зависимость


Теперь взглянем на процесс производства электроэнергии. Любая электростанция используют мощное силовое оборудование. У «зелёных» ветровых и солнечных электростанций требования к силовому электрооборудованию намного выше, чем у традиционных. Дело в том, что они вырабатывают электричество недостаточно стабильно. Ветер изменяет скорость и направление, солнце светит тоже по-разному как в течение дня, так и в разные дни. Поэтому вырабатываемое напряжение (и выдаваемая мощность) у «зелёных» источников постоянно меняется. Кроме того, и ветряки, и солнечные панели дают постоянный ток, а вся энергетика работает на переменном. Чтобы передать энергию потребителям, низковольтный постоянный ток нужно преобразовать в высоковольтный, обычно переменный (причём синхронизированный с электросетью), но иногда и постоянный. Таким образом, ВЭС и СЭС нужны мощные преобразователи электроэнергии[2].


В настоящее время все эффективные преобразователи электроэнергии используют мощные высоковольтные полупроводниковые приборы – биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) и тиристоры с изолированным затвором (IGCT)[2][4][6]. Мощность таких приборов достигает сотни мегаватт, коммутируемое напряжение – более 6 киловольт. И тут непосвящённых ожидает сюрприз: полупроводники для мощных высоковольтных транзисторов и тиристоров изготавливают методом нейтронно-трансмутационного легирования (англ.: Neutron Transmutation Doping) в ядерных реакторах[4][21]. Наименование этих материалов говорят сами за себя: «ядерно-легированный кремний» (или «радиационно- легированный кремний»), «ядерно-легированный арсенид галлия» (используется реже) и так далее[15]. Химические технологии легирования не способны обеспечить необходимую для мощных силовых приборов чистоту и равномерность легирования полупроводника. Из-за неоднородностей химического легирования возникают области локального перегрева, и прибор выходит из строя[6], а когда силовое высоковольтное оборудование выходит из строя, это сопровождается зрелищными «спецэффектами» с разлетающимися искрами и дуговыми разрядами вплоть до пожара.


Мощные тиристоры из ядерно-легированного кремния используются в ЛЭП постоянного тока с конца 1960-х, к примеру, они работают в канадской ЛЭП Nelson River II[5]. В настоящее время ядерное легирование полупроводников не имеет альтернатив, поскольку только эта технология способна обеспечить характеристики материала, требуемые для мощных полупроводниковых приборов. Более того, технологию ядерного легирования пришлось оттачивать для соблюдения требуемой равномерности распределения легирующих атомов в полупроводнике, что было сделано в 1980-е[8], и нынешнее производство ядерно-легированного кремния – обычный технологический процесс. В западных странах такое производство размещено на исследовательских реакторах[6], в России – и на исследовательских, и на энергетических. В частности, ещё в 1982 году в СССР была разработана технология производства ЯЛ-кремния на реакторах РБМК[21].


Исходя из нынешней ситуации в области производства силового оборудования, вся «зелёная» энергетика фатально зависит от существования ядерных реакторов, и от этой зависимости никуда не деться. Альтернативой будет отказ от единой системы электроснабжения, замена «большой энергетики» на малые электростанции локального электроснабжения и неизбежные блэкауты.

«Зелёная» и ядерная энергия — кто кого? Cat_cat, История, Энергия, Энергетика, Атомная энергетика, Альтернативная энергетика, Длиннопост

Получается, что «зелёные» активисты, настаивающие на закрытии как АЭС[14], так и исследовательских реакторов[13], действуют довольно недальновидно. Мало того, что негативное влияние «атома» на экологическую обстановку сопоставимо со влиянием альтернативных источников энергии, да и сам вопрос о том, что приносит больший вред остается открытым, так еще ядерные реакторы просто необходимы для самой возможности постройки «зелёных» электростанций.


Над статьей работали:

Автор: Стас Ворчун (творческий псевдоним)

Редактор: Леонид Рогов

Эксперт: Федотов Антон


Оригинал: https://vk.com/wall-171205282_3237

Пост с навигацией по Коту


Подпишись, чтобы не пропустить новые интересные посты!

Показать полностью 4
1522
Энергетика

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему

Автор: Владимир Герасименко (@Woolfen).


Крупнейший в истории США блэкаут, случившийся в 2003 году — это один из тех случаев, когда едва ли не ведущую роль в развитии аварии сыграли неисправности ПО. Хотя хватает там и того, что все мы любим в любых авариях: халатность, нарушение протоколов или их отсутствие, несогласованность действий и полный шок, когда ситуация выходит окончательно из под контроля. В общем заваривайте чай, у нас очередной технодетектив.


Пара слов о том, почему линии электропередач могут отключаться


Энергосистема - это довольно сложный организм, состоящий из множества узлов генерации электроэнергии и узлов потребления, соединённых между собой линиями электропередач. Когда-то на заре энергетики электростанции были маленькими и находились рядом с потребителями, а потому были соединены напрямую. Но со временем станции становились больше, возникала задача транспортировки электроэнергии на всё большие расстояния, что требовало усложнять тракт передачи.


Как вы должны помнить из школьного курса физики, при протекании тока по проводу тот нагревается. Энергия, которая тратится на нагрев проводника – это потери, а терять электричество – это терять и деньги. Потери на нагрев определяются по формулам:

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

Соответственно, чтобы снизить потери на нагрев мы можем увеличить напряжение в проводнике или его сечение, причём, так как напряжение у нас в квадрате, то увеличение его оказывает гораздо больший эффект на величину потерь, чем площадь сечения проводника. Отсюда вывод: надо делать для передачи на дальние расстояния линии с большим напряжением. Но при этом чем выше напряжение – тем больше размеры оборудования и требования к безопасности, а значит для потребителей в большинстве случаев придётся сохранять низкие значения напряжения.


Это приводит к тому, что энергосистема выстраивается по следующему принципу: есть ЛЭП высокого напряжения, которые осуществляют транзит больших мощностей на большие расстояния, есть линии меньшего напряжения, которые дублируют их и распределяют энергию между более мелкими узлами потребления, и есть линии низкого напряжения в распределительной сети, к которой подключают потребителей.

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

Принципиальная схема сетей США


Но у нагрева проводов есть и ещё одно следствие. Опять же, вспоминаем школьный курс физики: при нагреве проводник расширяется, т.е. удлиняется, что вызывает ещё больший рост потерь. Провод из-за удлинения провисает и может либо оборваться, либо задеть какие-то объекты внизу, например ветку дерева, что вызовет замыкание. Худший случай – это перехлёст двух или трёх проводов, что вызовет междуфазное короткое замыкание. Поэтому перегрузку линии током (термическую перегрузку) требуется жёстко ограничивать по значению и длительности.

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

Ключевая проблема провисания ЛЭП в одной картинке: в данном случае при провисании до 38 футов ветер в 5 узлов может привести к касанию дерева; при 36 — уже даже в отсутствии ветра может произойти касание; при 34 — критический провис по механической прочности самого провода


Что такое короткое замыкание? Электрический ток, как вода, течёт по пути наименьшего сопротивления. Из двух линий больший ток и мощность потекут по той у которой меньшее сопротивление. Короткое замыкание случается, когда сопротивление линии внезапно резко падает по одной из озвученных выше причин, и по линии начинает протекать гораздо больший ток, чем допустимо. Ток короткого замыкания может быть в сотни раз больше, чем номинальный, что может привести к повреждению оборудования электростанций и подстанций. Поэтому короткое замыкание требуется как можно скорее устранить, пока оно не нанесло вреда, путём отключения повреждённого элемента энергосистемы.


После отключения повреждённого элемента электрическая мощность, которую мы должны передать потребителям, распределится между оставшимися в работе элементами. Обычно отключение даже одной ЛЭП высокого напряжения не должно оказывать существенного влияния на состояния системы. Тем не менее, из-за изменившихся потоков мощности становится возможна термическая перегрузка отдельных элементов энергосистемы и для исключения их отключения требуется вмешательство оперативно-диспетчерского управления.

Этих знаний нам будет достаточно для понимания процесса развития аварии.


Предпосылки


Любая авария в энергосистеме - это сочетание множества факторов. Как бы ни была сложна система передачи электроэнергии, она обычно имеет достаточный запас надёжности по отказам, а также большую инерцию из-за чего даже в случае неблагоприятного стечения обстоятельств обычно есть время провести компенсирующие мероприятия. Но проблема в том, что для начала опасную для энергосистемы ситуацию нужно вовремя распознать, а с этим в 14 августа 2003 в Северо-Восточной энергосистеме США случились большие проблемы.


Начало аварии положило незначительное на первый взгляд происшествие: в 13:30 остановился блок №5 ТЭЦ Eastlake мощностью 680 МВт. Причина аварии крылась в неправильных действиях персонала, приведших к выходу из строя регулятора возбуждения турбины. Само по себе это происшествие было некритичным: да, возник локальный дефицит мощности, но его компенсировало увеличение перетоков мощности по линиям из других частей энергосистемы.

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

Перетоки мощности между сетями энергокомпаний перед аварией


Вторым фактором стало отключение в 14:02 линии 345 КВ Stuart-Atlanta: из-за незначительной перегрузки провода провисли и произошло касание с деревьями, растущими под ЛЭП. Опять же, и этот инцидент не должен был значительно повлиять на состояние энергосистемы при внимательном наблюдении за режимом оператором диспетчерского пункта. Но именно с этим у энергообъединения First Energy Corporation (FE), в чьей зоне ответственности и происходили описанные события, в этот момент случились проблемы.


Ничего не вижу. Ничего не слышу


Для начала разберёмся с инструментарием, с помощью которого диспетчер управляет энергосистемой. Основным инструментом взаимодействия с энергосистемой у диспетчера является Supervisory control and data acquisition (диспетчерское управление и сбор данных) или попросту SCADA. SCADA служит для обеспечения работы систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. Условно её можно разделить на 3 крупных составных части: система сбора информации, система пользовательского интерфейса, система реализации управляющих воздействий.


Система сбора информации осуществляет сбор данных со всех датчиков (трансформаторов тока и напряжения, датчиков мощности, направления перетока мощности и т.д), информации о срабатывании защит и автоматик, расчёт дополнительных необходимых для контроля параметров и передачу их в систему пользовательского интерфейса.


Система пользовательского интерфейса предоставляет полученные данные в удобном для оператора формате: мнемосхемы, отображающей состояние элементов сети; графиков изменения ключевых параметров; окон данных параметров по ключевым узлам и каждому объекту сетевого хозяйства; оповещений о событиях.


Система реализации управляющих воздействий позволяет либо отправлять запросы на объекты электросетевого хозяйства об изменениях режима, либо напрямую управлять отдельными её элементами.

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

А это уже техническая реализация


Резервирует все эти три системы обычный телефон, с помощью которого оператор может узнать о текущем положении напрямую и также напрямую отдать указания. Фактически же, в то время всё оперативно-диспетчерское управление осуществлялось с помощью звонков по телефону, а SCADA выполняла лишь функцию информирования о режиме.


Более того, из-за размеров энергообъединения FE мнемосхема на экране диспетчера при максимальном масштабе отображения была крайне малоинформативна, поэтому диспетчеры полностью полагались на подсистему генерации оповещений, которая выдавала сообщения по факту любых изменений в энергосистеме: включение/отключение объектов, выход контролируемых параметров за допустимые пределы и т.д. По факту получения оповещения диспетчер увеличивал масштаб схемы, рассматривал нужный район и решал о том, какие дальнейшие действия следует предпринять.

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

Примерно так выглядела мнемосхема на экране оператора. Упустить какое-то изменение статуса линии очень легко


В 14:14 из-за ошибки сервера SCADA подсистема генерации оповещений была потеряна без всяких сообщений об ошибке и диспетчер не узнал об этом, считая отсутствие оповещений за признак нормальной работы энергосистемы, а не отказ функции SCADA. В результате диспетчер на протяжении следующих двух часов был уверен, что у него в энергосистеме всё в порядке. Решением проблемы могло бы быть использование видеостены с большой мнемосхемой, где были бы удобно отображены все объекты и планшеты с основными параметрами сети в ключевых точках. На такой мнемосхеме диспетчер мог бы вовремя увидеть отключение сетевых элементов и изменения параметров режима. Но по неизвестной причине в FE решили сэкономить на этом, из-за чего диспетчер оказался в полной ситуационной неосведомлённости о положении в его энергосистеме.

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

А вот так должен выглядеть диспетчерский пункт в идеале, с большой мнемосхемой


Что же произошло с серверами FE?


Подсистема генерации отчётов SCADA GE Energy's XA/21, использовавшейся FE, исполнялась на отдельном резервированном сервере, вместе с другими вспомогательными подсистемами. Такое решение должно было увеличить надёжность работы всей системы и обеспечить большее быстродействие. Принцип работы системы был простой: она обрабатывала входящую информацию о событиях в энергосистеме и изменении параметров, как расчётных, так и измеряемых, и в случае, если один из параметров вызывал срабатывание заранее заданных триггеров, то формировалось оповещение в виде текстового сообщения и звукового сигнала.

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

Архитектура SCADA GE XA/21

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

Окно отчётов о событиях


Во время расследования первоначально предположили, что сервер подсистемы генерации отчётов был поражён червём “Slammer”, бушевавшем тогда в США и уже поразившем ранее несколько ТЭЦ. Но разбор логов и кода не подтвердил эту теорию, система кибербезопасности сетей FE была признана адекватной и нескомпрометированной. Тогда начали искать причину в самом коде и после анализа миллионов строк таки нашли. Проблема заключалась в самом принципе работы генератора отчётов и крайне маловероятном стечении обстоятельств. После срабатывания триггера на вход генератора подаётся запрос на создание оповещения. Из-за кратковременной задержки обработки запросов, не более чем на пару миллисекунд, два процесса одновременно обратились к записи в одну и ту же ячейку памяти. Это привело к «состоянию гонки» (race condition) и зависанию генератора отчётов в бесконечном цикле обращения к ячейке памяти. Из-за этого уже с 14:14 оповещения не генерировались SCADA.

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

Так как запросы обрабатывались по очереди поступления, то из-за зависания генератора вскоре в буфере скопились необработанные запросы. К 14:41 буфер сервера переполнился и он отключился. На этот случай был резервный сервер, в котором мгновенно из бэкапа были развёрнуты все процессы, ранее запущенные на основном сервере, в том числе и зависший генератор отчётов. Этот сервер протянул гораздо меньше из-за всё большего числа данных на входе и отрубился в 14:54. При этом никаких сообщений об этом диспетчеру сгенерировано не было, автоматически был создан только тикет в службу технической поддержки FE и то только после отключения второго сервера. Из-за отсутствия в протоколе ТП требования сообщать о неисправностях оборудования диспетчерам, техподдержка естественно этого не сделала и отправилась чинить сервера, в то время, как диспетчер был свято уверен, что весь последний час они работают нормально.


В 15:08 были «мягко» перезапущены сервера, но при этом инженеры проверили только сам факт восстановления работы серверов, но не функциональность их ПО. А ПО подсистемы генерации отчётов после ребута серверов из-за ошибки при завершении работы оказалось нефункциональным. Т.е. перезапуск серверов никак не решил проблему. В 15:42 звонок из техподержки сильно удивил диспетчеров, сообщением, что «мы восстановили работоспособность сервера генерации отчётов». При этом подсистема генерации отчётов всё ещё не работала и диспетчер пребывал в полной уверенности, что у него-то в энергосистеме всё в порядке. Хотя на самом деле к моменту этого звонка всё уже 10 минут как катилось к чёрту и точка невозврата была очень близка.


Потерянное время

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

Таймлайн блэкаута


Так как диспетчер FE не знал об отказе генерации отчётов, а потому считал, что в его зоне ответственности всё в порядке, то он естественно пропустил роковое для энергосистемы событие – отключение ЛЭП 345 кВ Chamberlin-Harding. Она отключилась в 15:05 при нагрузке всего 45,5% от номинальной из-за касания фазой дерева, растущего под ЛЭП. Первой очевидной причиной такого развития событий было пренебрежение FE ухаживанием за трассами ЛЭП, так как это было уже второе за два часа, но не последнее за день, отключение линии из-за касания деревьев. Второй же причиной, непосредственно приведшей к первой, стал рост перетоков по линиям и их нагрев из-за уже случившегося ранее ослабления сети. Тот факт, что перегрузка на них так и не наступила был скорее лишь отягчающим обстоятельством, так как незначительный провис из-за термического расширения провода привёл к короткому замыканию, чего в нормальной ситуации быть не должно.


Так как в SCADA никаких уведомлений не было, то диспетчер FE был уверен, что ЛЭП 345 кВ Chamberlin-Harding находится в работе и на звонки с вопросом о её состоянии отвечал, что «всё ОК». В 15:32 из-за выросшей нагрузки коснулась деревьев и отключилась ещё одна линия - 345 кВ Hanna-Juniper. Отключение уже трёх системообразующих линий 345 кВ привело к росту нагрузки на все остальные линии. Диспетчер FE всё ещё бездействовал, так как не знал о всех этих авариях.

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

Диспетчер FE


Точкой невозврата стал отказ линии 345 кВ The Star-South Canton расположенной на стыке FE and AEP (American Electric Power). Эта линия уже дважды отключалась из-за выросшей нагрузки по ней: в 14:27 и в 15:38. Оба раза причиной были всё то же сочетание факторов перегрузка + деревья, растущие под ЛЭП. В 15:41 линия 345 кВ The Star-South Canton отключилась в третий раз и восстановить её работу на этот раз не вышло.

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

Схема сети и 3 первых отключившихся линии 345 кВ


Всё, точка невозврата была пройдена – сеть потеряла 4 системообразующие ЛЭП из-за чего началась перегрузка сети меньшего напряжения 138 кВ. Первая линия 138 кВ отключилась в 15:39, т.е. за две минуты до отключения 345 кВ The Star-South Canton, но после процесс принял лавинообразный характер, так как чем меньше линий оставалось в работе – тем больше была перегрузка оставшихся.

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

Таймлайн роста перегрузки линий


При всём при этом оператор FE не делал НИЧЕГО, так как всё ещё не знал об отказе SCADA, а на все звонки отвечал, что «проблема не в моей зоне ответственности, ищите у себя». Время на предотвращение аварии было упущено и процесс вошёл в самоподдерживающуюся стадию – впереди был только блэкаут. Но неужели система была столь плохо выстроена, что отказ одного диспетчерского пункта привёл к неминуемому коллапсу энергосистемы? Конечно нет, но в тот день США очень не повезло.


Координировали, координировали, да не выкоординировали


Естественно, что в США управлением энергетики страны занимались не дураки и понимали, что для координации деятельности разных диспетчерских центров нужен единый орган. И он на Северо-Востоке США был – координатор надёжности энергосистемы или Midcontinent Independent System Operator (MISO), объединявший значительную часть операторов энергосистем северо-востока. К MISO в автоматическом режиме поступали все данные энергообъединений о состоянии объектов сетевого хозяйства (включены/отключены), а также результаты измерения основных параметров. По этим данным информационная система MISO должна была проводить анализ надёжности, сводящийся к расчёту режима и поиску опасных для работоспособности системы ситуаций. Выполнение таких расчётов должно было проводиться как автоматически по таймеру и при отключении/включении объектов, так и вручную в случае необходимости проверки верности предлагаемых управляющих воздействий.

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

Операционная зона MISO


В идеальном мире для этого использовалась бы real-time система, как SCADA, но MISO развивало свой собственный продукт, в основном методом добавления костылей. Система в распоряжении MISO была не real-time: да она получала данные с низовых устройств, но расчёт надёжности проводился по таймеру раз в 5 минут, таким образом оператор имел срез состояния энергосистемы, который мог за следующий промежуток времени сильно устареть. Автоматический расчёт надёжности проводился по скрипту, который днём в 13:07 был отключён для проведения работ с системой. Причиной стала необходимость привязать сигналы включенного/отключенного состояния линии 230 кВ Bloomington-Denois Creek к её отображению в расчётной модели. После окончания процесса диспетчер попросту забыл активировать скрипт и ушёл на ланч из-за чего до 14:40 автоматический расчёт надёжности не производился.

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

При этом даже после восстановления работы скрипта и получения результатов расчёта, свидетельствующих о нарастании кризиса в энергосистеме, эти расчёты оказались неадекватны ситуации. Как выяснится уже в ходе расследования, линия 345 КВ Stuart-Atlanta, отключившаяся ещё в 14:02, тоже не была подключена к автоматическому обновлению статуса по данным, получаемым от автоматик. Из-за этого расчётная модель обсчитывала более лёгкий режим и диспетчер MISO не понимал всю тяжесть ситуации.


Как результат MISO до 14:40 вообще не понимало о существовании кризисной ситуации. После 14:40 ситуация оценивалась куда легче, чем была в реальности. Сомнения в том, что результаты расчётов адекватны, появились у диспетчера MISO лишь в начале 15 часов, когда стало ясно, что реальные замеры мощности и расчётные сильно расходятся. И только в 15:29 после телефонного звонка оператору линии 345 КВ Stuart-Atlanta (фирма PJM), была найдена ошибка в модели, устранённая к 16:04, когда каскадная авария уже охватила всю энергосистему. В результате MISO не смог выполнить свою основную функцию – сохранить надёжность работы энергосистемы.

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

При этом, как выяснится в ходе расследования, схожая же проблема была и у SCADA оператора PJM. При этом у MISO кроме ПО для расчёта надёжности были и альтернативные решения, которые выступали вспомогательными средствами и могли бы помочь быстрее сориентироваться. Так в комплексе ПО MISO была ещё и программа Flowgate Monitoring Tool (FMT), которая была альтернативным средством, рассчитывавшим перегрузки наиболее важных линий и сигнализировавшей об этом. Данное ПО работало в тот день штатно и могло бы вовремя выявить аварийную ситуацию, но оно не смогло из-за особенностей сбора данных. В отличие от расчёта надёжности, FMT получала данные о состоянии линий не от их автоматик, а из базы данных NERC SDX, куда владельцы линий должны были сообщать в течении 24 часов(!) о всех выполняемых переключениях. В результате эта система обсчитывала подчас режимы, отстающие от реальных на часы, и никто этого вообще не замечал. По какой причине FMT брало данные не из обновляющейся автоматически информации о состоянии линий, неизвестно.


Кроме того, была и система оповещений об отключении линий, похожая на имевшуюся в SCADA FE. Но и она оказалась бесполезна, так как, во-первых, диспетчер просто не заметил оповещения. А во-вторых, пользовательский интерфейс был таков, что диспетчеру после получения оповещения требовалось найти на схеме нужный выключатель и, уже кликнув по нему, проверить его состояние. Система не подсвечивала выключатели, изменившие состояние, и не имела функции перехода к объекту по щелчку на уведомление. Все эти недостатки вместе стали фатальны для работы MISO в тот день.


Коллапс


После 15:42 энергосистему северо-востока было уже не спасти. Лавинообразный процесс нарастания перегрузок и отключений линий привёл к тому, что за следующие 25 минут отключилось из-за перегрузки 11 линий 138 кВ и 1 – 345 кВ. За следующие 5 минут отключилось 6 линий 345 кВ. Каскад перегрузок линий и их отключений привёл к ещё одному каскадному процессу – лавине напряжения, так как баланс нагрузки и генерации стал смещаться в сторону нагрузки и напряжение в сети стало проседать. А когда напряжение в сети уменьшается, то уменьшается и производительность асинхронных двигателей питательных насосов электростанций из-за чего их эффективность падает и ещё больше увеличивается дефицит генерации. В течении следующих 5 секунд с 16:10:39 по 16:10:46 отключилось 5 линий 345 кВ и 19 энергоблоков станций (в том числе 1 блок АЭС) суммарной мощностью 4700 Мвт.


При этом никто из диспетчеров так и не понимал что и почему происходит. MISO только-только восстановили нормальную работу ПО для оценки надёжности, но всё новые отключения приводили к расхождениям их схемы и реальности. Операторы AEP и PJM, на энергосистемы которых начали накатывать перегрузки, тоже потеряли контроль за ситуацией, так как не понимали причину возникших сложностей, а оператор FE клятвенно уверял, что «проблемы не в сети FE, у нас всё в порядке». При этом в работе SCADA AEP и PJM тоже были недостатки, в частности проблемы с обновлением статуса состояния линий, но это уже мало влияло на ситуацию.


Диспетчеры FE начали понимать, что что-то возможно идёт не так, когда после 15:42 на них обрушилась просто лавина звонков от соседних диспетчерских пунктов и низового персонала FE о всё новых отключениях линий. Только после этого диспетчер решил таки позвонить в техподдержку и попросить проверить работу сервера ещё раз. К 16:05 был произведён полный перезапуск подсистемы генерации отчётов и она заработала. Внезапное прозрение, что проблема таки в сети FE, произошло, но было уже слишком поздно. Диспетчеры FE и других операторов, могли лишь наблюдать за разворачивающимся апокалипсисом, так как сделать что-то было уже решительно невозможно.

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

Диспетчер FE в 16:00

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

Диспетчер FE в 16:05


История сохранила записи телефонных звонков операторов, в которых сквозит полное непонимание происходящего:

Оператор AEP: “У нас большие проблемы… много линий отключается. East Lima и New Liberty отключились. Посмотри на это.”

Оператор AEP: “О боже, я в глубокой …”

Оператор PJM: “Ты и я, мы оба, брат. Что мы собираемся делать? Если тебе что-нибудь нужно, дай мне знать.”

Оператор AEP: “Только что еще что-то отключилось. Много чего происходит.”

Оператор PJM: “И когда это произошло? Это могло бы...”

Оператор MISO: “Я еще не знаю. У меня все еще есть... У меня не было пока возможности изучить этот вопрос. Сейчас слишком много всего происходит”.

Блэкаут в США 2003: как два сервера обвалили энергосистему Cat_cat, История, Текст, США, Энергетика, Авария, Блэкаут, Электричество, Длиннопост, 2000-е

Последние минуты перед коллапсом. Жёлтым отмечены перетоки мощности


К 16:13 коллапс энергосистемы завершился, приведя к отключению сотен линий электропередач и 508 энергоблоков на 265 электростанциях, из которых 10 это АЭС(!). В зоне отключения оказались: северная часть Огайо, восточная часть Мичигана, северная часть Пенсильвании и Нью- Джерси, большая часть Нью-Йорка, Массачусетс, Коннектикут, Вермонт, а также канадские провинции Онтарио и Квебек. Всего без света остались 40 миллионов человек в США и 15 миллионов в Канаде. Рухнула сотовая и телефонная связь, остановилась торговля на Нью-Йоркской фондовой бирже, возникли проблемы с посадкой самолётов и многочасовые задержки рейсов. Единственным плюсом было то, что авария произошла днём и власти успеют наладить подобие порядка на улицах городов. На полное возвращение энергоснабжения уйдёт несколько дней из-за того, что многие станции вынуждены были проводить ремонтные работы из-за аварийного останова.


Эпилог


Как несложно заметить, авария развивалась 2 часа, из которых первые полтора часа было достаточно возможностей для устранения аварии, но из-за бездействия диспетчеров она развилась в каскадную аварию, остановить которую было уже нереально. При этом причиной аварии стала череда из множества совершенно неожиданных отказов. Фактически только отсутствие оперативного диспетчерского управления и сделало блэкаут неизбежным, хотя если бы линии ЛЭП оператор FE вовремя очищал от деревьев, то может ничего вообще бы и не случилось. После аварии было проведено расследование, которое выявило все описанные и многие другие проблемы. Среди предложений мер реакции были, как организационные меры, в частности пересмотры внутренних регламентов и аудиты, так и технические меры: совершенствование систем SCADA, более жесткие требования к контролю состояния линий, установка автоматик отключения нагрузки при снижении напряжения и т.д. Более крупных блэкаутов в США не было, но, как и в любой сложной системе, сколько бы дыр в ней не закрывали, всегда может найтись новая.


Источники:

NERC «Technical Analysis of the August 14, 2003, Blackout: What Happened, Why, and What Did We Learn?»

U.S.-Canada Power System Outage Task Force «Final Report on the August 14, 2003 Blackout in the United States and Canada: Causes and Recommendations»

The Availability Digest «The Great 2003 Northeast Blackout and the $6 Billion Software Bug»


Автор: Владимир Герасименко (@Woolfen).

Пост написан для блога компании TimeWeb и перенесён на Пикабу с разрешения.

Оригинал: https://vk.com/wall-162479647_458146

Пост с навигацией по Коту

Ещё посты о событиях нулевых: pikabu.ru/@Cat.Cat/saved/1367639


А ещё вы можете поддержать нас рублём, за что мы будем вам благодарны.

Яндекс-Юmoney (410016237363870) или Сбер: 4274 3200 5285 2137.

При переводе делайте пометку "С Пикабу от ...", чтобы мы понимали, на что перевод. Спасибо!

Подробный список пришедших нам донатов вот тут.

Показать полностью 20
1512

Индия приступает к строительству гигантских гравитационных батарей

Индия приступает к строительству гигантских гравитационных батарей Альтернативная энергетика, Аккумулятор, Энергия, Гравитация

Компания Energy Vault, базирующаяся в Калифорнии и Неваде, объявила о своих первых клиентах – индийском энергетическом гиганте Tata и мексиканской строительной компании CEMEX, изъявивших желание приобрести ее гравитационные башни, работающие по принципу ГЭС, только без воды.


Ее функцию выполняют массивные бетонные кирпичи. Когда в наличии есть избыточная энергия, они поднимаются вверх, после чего следует их контролируемое падение, в процессе которого приводится в действие генератор, вырабатывающий электроэнергию. Как утверждают представители Energy Vault, система способна хранить от 10 до 35 МВт⋅ч.


Полный цикл «путешествия» бетонного кирпича обеспечивает 90-процентную эффективность хранения энергии. Еще одним плюсом гравитационных башен является их универсальность — их можно расположить практически в любом месте, где есть кусок земли и открытое пространство.

Индия приступает к строительству гигантских гравитационных батарей Альтернативная энергетика, Аккумулятор, Энергия, Гравитация

источник: https://www.techcult.ru/technology/5974-indiya-pristupaet-k-...

Показать полностью 1
1102

Что внутри 185 метровой башенной градирни

Что внутри 185 метровой башенной градирни Промышленный альпинизм, Градирня, ТЭЦ, Видео, Длиннопост
Что внутри 185 метровой башенной градирни Промышленный альпинизм, Градирня, ТЭЦ, Видео, Длиннопост

Я тоже ожидал увидеть что-то более эпичное, но это наиболее эффективное оборудование для охлаждения оборотной воды на промышленных предприятиях. В такой градирне тяга для циркуляции воды образуется естественным путем с помощью вытяжной башни.

Ну и вид сверху, выход наверх занимает порядка 20 минут, но вылезать туда более дву раз в день желания нет...

Показать полностью 2 1
1089

Походу были случаи)

Походу были случаи) Было-стало, Интересное, Работа, Мат
Показать полностью 1
Отличная работа, все прочитано!