... размышления у парадного подъезда ...то ли по поводу юбилея, то ли после...аварии.
Поскольку я по образованию инженер-электромеханик и в молодости даже закончил электромеханический факультет Ленинградского политехнического института по специальности Электрические станции сети и системы, то это и определило образ моих представлений об окружающем мире и процессах в нём происходящих.
Моя самостоятельная жизнь начиналась с электродинамической модели , которая по замыслам её создателей (лучшие научные умы того времени) должна была стать самой большой в мире, но увы не стала ...
Что о ней теперь говорить?! Нет её. Убухано уйма денег, энтузиазма молодых и всё зря? Теперь модно всё, что делалось в советское время называть глупостью, но так ли это?
Итак, есть огромный подвал, есть кабельные каналы с километрами кабелей и огромным количеством самого разного энергетического оборудования. И всё это ради того, чтобы понять, что такое реальная энергосистема, чем она дышит, по каким законам, короче что это за зверь такой. Модель - это зверь в клетке, в отличие от настоящей энергосистемы. Тот ли это зверь, что гуляет на воле, вселяя уважение и ужас своим рыком, имя которому - Единая энергосистема СССР.
Для Вас, конечно, не новость, что энергосистема представляет собой сложную совокупность устройств для производства и передачи электроэнергии от мест производства электроэнергии к местам её потребления, к которой относятся все устройства, преобразующие разные виды энергий - механическую, тепловую, химическую и ядерную в электрическую и работающие на общую распределительную сеть. К ней не относятся эти же устройства, которые работают изолированно, как некий кустарь-одиночка. Это обычные электрические батарейки, аккумуляторы, бензоагрегаты, словом те, которые подобны кошке, гуляющей сама по себе. Не будем приставать к этой кошке с расспросами, почему она не хочет жить как все. Не хочет и не хочет, это её дело. Лучше посмотрим на тех, которые подобно пчёлам или муравьям собираются в одну кучу.
Основным видом потребляемой электроэнергии является энергия переменного синусоидального тока частотой 50 герц. Производится она проще всего путём вращения проволочной катушки в магнитном поле - то есть на языке электриков - на основе закона электромагнитной индукции, открытом великим английским физиком Майклом Фарадеем аж в 1831 году. Открыл он его случайно. Десятки физиков до него проходили мимо этого явления и не замечали - а он вот заметил, да и то не столько он сам, сколько его помощник. Но помощник всё же не Фарадей. Он хоть и обратил внимание Фарадея на непонятное поведение стрелки прибора, но сам-то не знал - имеет это значение или нет. Его величество - случай - приходит к каждому, но не каждый в состоянии оценить его по достоинству и воспользоваться им. Большинство проходит мимо. Фарадей не прошёл. Но и он не придал этому особого значения - ну заметил вот такую интересную закономерность и всё. А для чего она, какая от неё польза он и сам не знал. Да кто ты такой? - зашумят возмущённые седовласые академики и доктора наук, чтобы судить так о великом Фарадее. А надо сказать Вам, что великий Фарадей, так же как и наш великий соотечественник Михайло Ломоносов (оба, значит, Михаилы) происходил из простой деревенской семьи. Оба они занимались наукой просто из любопытства - конечно и они решали какие-то практические задачи, связанные с выплавкой стекла или выплавкой сплавов, но не это и не карьера были главным в их жизни - а неуёмное любопытство, вернее любознательность, ибо их любопытство не распространялось на жизнь соседей. Надо сказать, что в отличие от настоящего времени, тогда многие аристократы проявляли большое любопытство к законам физики. Так, например, когда была изобретена лейденская банка ( странно даже говорить - изобретена, ибо это обычная стеклянная банка, обклеенная снаружи и изнутри металлической фольгой, прототип современного конденсатора), то редкий из высокопоставленных вельмож Франции не обзавёлся ею. Даже сам Людовик, уж не знаю какой, выстраивал цепочку солдат, через которую разряжали лейденские банки. Студентами мы развлекались так же, хватая зазевавшихся девчонок за руки. Нет, нет - и тогда, при Людовике, это не была экзекуция - тогда ещё не додумались до электрического стула и обходились более простым механическим средством - гильотиной. К науке тогда проявлялось мало меркантильного интереса. Так, например, граф Кавендиш открыл много законов и ни одного не опубликовал и об его открытиях узнали только через много лет после его смерти. Многие его открытия были переоткрыты много позднее другими, не столь богатыми и менее щепетильными исследователями. А сколько несчастных лягушек резали после открытия Гальвани - так называемого гальванического тока. Ну, ладно, бог с ними, с лягушками, хотя если глубоко задуматься... Вот Павлов поставил собаке памятник. Вот, вроде, какой молодец. А на кой ей, этой бедной собаке памятник - лучше бы он оставил её в покое. Вот что бы Вы сами предпочли - памятник или нормальную жизнь. Были, конечно, и Жанна - д- Арк и Джордано Бруно, но ведь они сами выбрали себе такую судьбу.
Так вот, на чём это мы остановились? На Фарадее и на том, что он и сам не подозревал, что открытый им закон электромагнитной индукции перевернёт весь мир, ибо на его основе родилась электроэнергетика, которая привела к рождению радиотехники, телевидения, компьютерной техники и т.д. Подумайте сами - можно ли заставить работать компьютер или телевизор от печки? Такое пока что не удавалось никому, даже фантастам. Когда его самого (Фарадея) спрашивали о практической пользе его изобретения, он только пожимал плечами и отвечал - наверное, можно сделать какие-нибудь забавные игрушки. Теперь этими игрушками играет весь мир. Более того, эти игрушки становятся всё сильнее и умнее. Особенно с появлением компьютеров. Компьютеры, кстати, тоже порождение электроэнергетики и радиотехники. В то время как основная часть учёных старается делать их всё умнее, другая часть учёных уже всерьёз задумывается - а не слишком ли они умны, эти игрушки - не додумаются ли они до того, что им люди, вроде, как и не к чему. А ведь с этим нам уже приходится сталкиваться и не так уж редко. Эти встречи с бунтом техники мы называем авариями. Ну, всякие там извержения вулканов, грозы, тайфуны, ливни - это стихия, это то, что идёт помимо воли человека или человечества. А вот как расценивать поведение того, что создано руками человека? Создано обдуманно, не с похмелья и не какими-то шизофрениками. Самым большим созданьем человеческих рук, несмотря на почти младенческий возраст по сравнению с общей историей человеческой цивилизации является Единая энергетическая система бывшего СССР, которая, объединившись с Европейскими энергосистемами станет со временем глобальной. А теперь есть и второй монстр - это Интернет, всемирная информационная система. Процесс этот идёт необратимо.
И чем больше становятся эти два монстра ( именно единые системы, а не общее количество самостоятельно работающих компьютеров или электростанций), тем больше они приобретают черты живого организма. У них появляется свой характер, свой норов, если хотите. Я вот думаю, а далеко ли нам до тех пор, когда они объединяться? Уже сейчас не дай Вам бог не угодить Объединёной энергосистеме или пренебречь её капризами. Слава богу, что в ней пока нет вирусов, как в Интернете. Но объединившись - стрАшно подумать. Нет, это не значит, что в энергосистеме нет компьютеров,есть, но работают они автономно и отключены от интернета сознательно. И ещё вот что. Люди становятся частью, винтиками этих гигантских по своим масштабам организма, всего лишь винтиками. Если в своём личном автомобиле Вы хозяин и можете поехать куда Вам заблагорассудиться, а то и просто поставить её в гараж или продать ( это я писал, когда ещё не было пробок на дорогах), то роль человека в энергосистеме отнюдь не абсолютного хозяина, а скорее партнёра. Вы не можете просто взять и отключить или включить электростанцию. И суть совсем не в том, что это сложная процедура, хотя это тоже немаловажно. Суть в том, что энергосистема непрерывно находится в работе и в ней каждую секунду должен соблюдаться баланс между произведенной и потребляемой электроэнергией. Это не завод со складом готовой продукции. Электроэнергия не складируется и будучи произведенной должна быть тут же использована. Ничего подобного, скажете Вы. Есть электрические конденсаторы, есть аккумуляторы. Они ведь могут запасать электрическую энергию. Да, могут. Но во первых это электроэнергия постоянного тока. Ну, все теперь грамотные - скажете - ну и что - есть же выпрямители, инверторы. Да, Вы правы - есть. Но дело в том, что через распределительную сеть энергосистемы проходят такие огромные потоки электроэнергии даже за 1 секунду, что никаких ёмкостей конденсаторов не хватит. Собственная ёмкость самой распределительной сети не так уж велика. Во всяком случае ни о каких реальных запасах энергии говорить не приходиться. Но это тоже смотря для чего. Для того, чтобы пробить изоляцию трансформатора энергии много не надо. Этой энергии хоть и немного, но агрессии в ней достаточно. Ну и что из этого? - скажете Вы. Ну, не можем запасти - что ж - трагедии в этом никакой не вижу. Хорошо бы , конечно, запасать электроэнергию как бензин. Залил в бак и пользуйся. Этим, кстати, объясняется интерес к шаровой молнии, как к сгустку электроэнергии. Но она пока что только кусается и поймать её никак не удаётся. Так что и памятник ей ставить не будем - она ведь не собака, а я не Павлов и даже не академик.
Так всё-таки, к чему все эти разговоры о невозможности запасания электроэнергии как таковой в больших количествах? Дело в том, что процессы производства электроэнергии и потребления разделены и как бы независимы. Но это же очень хорошо. Я включаю и выключаю лампочку и никого не спрашиваю. Миллионы людей делают это и никого это не беспокоит. Правильно - это не беспокоит нас, потребителей. И производителей электроэнергии это не беспокоит до определённых пределов. Дело всё в том, что мы , мелкие потребители, и для мощной энергосистемы наша лампочка пустяк. К тому же мы влючаемся и отключаемся неодновременно и этого разброса во времени достаточно, чтобы регулирующие устройства электростанций успевали регулировать баланс между производимой и потребляемой электроэнергией. Вообще-то баланс производства и потребления выполняется не только за счёт регулирующих устройств, но ещё и за счёт свойств самой энергосистемы. Но это происходит за счёт изменения напряжения и частоты. Если энергосистема слабая, то включение и отключение даже небольшой нагрузки приводит к большому колебанию напряжения. Неприятности нестабильного напряжения известны всем. В мощной энергосистеме колебания напряжения малы. Регуляторам напряжения в такой системе легче держать напряжение на заданном уровне. Значит, - всё хорошо, прекрасная маркиза.
А давайте-ка попробуем посмотреть, что происходит на валу генератора электрической энергии. Да что там может быть? И что там можно увидеть? К сожалению, Вы правы - ничего, кроме тускло поблескивающей поверхности быстро или медленно вращающегося вала мы не увидим. А жаль! Если б мы могли увидеть борьбу сил бушующих в нём. Давайте попробуем. Будь, что будет. Может всё не так страшно. Поехали.
На валу генератора действуют две силы- одна со стороны турбины, приводящая генератор во вращение, и вторая, противодействующая ей, тормозящая - это нагрузка. Когда между ними баланс, то генератор вращается с определённой скоростью и вырабатывает электроэнергию строго определённой частоты. Если исчезнут сразу обе силы, действующие на генератор, то он будет вращаться и дальше по инерции, потихоньку замедляясь за счёт трения подшипников. Но так не бывает. Если быстро перекрыть доступ воды или пара в турбину при полной электрической нагрузке, то генератор начинает очень быстро тормозиться и если нет каких-то устройств автоматики, то остановится он буквально через несколько секунд. Такое резкое торможение ни к чему хорошему не приведёт. Нет, мы так не договаривались. Это же очень большая нагрузка - почти ударная на вал. Треснет где - нибудь, а потом эта трещина, как все трещины на свете, будет расти, и в конце концов вал сломается. и весь агрегат можно выбрасывать. Ну, а если нагрузка вдруг неожиданно отключится? Чего не бывает. Что-то сломалось, авария, буря порвала провода или повалила опоры линии электропередач.
Тут дело похуже. Нам с Вами не повезло.
С отключением нагрузки снимается противодействующий тормозной момент и вся многотонная махина - генератор-турбина начинает быстро разгоняться, набирать обороты. При этом ещё и воет и чем быстрее, тем сильнее. Смываться надо и как можно скорее. Разгоняться до бесконечности она не может - где-то всё равно сломается. При этом ещё и разворотит всё вокруг. А Вы всё ещё тут? Ноги не держат или не знаете куда бежать? А если там паровой котёл - так он может и взорваться. Что же делать? Как можно быстрее закрывать многотонные заслонки у гидротурбин. У паровых турбин выпускать пар в воздух помимо турбины, но тогда паровой котёл может остаться без воды - а это грозит взрывом. Да, попали мы с Вами в передрягу. Что ещё можно сделать? Как можно быстрее включить опять нагрузку. Это самый надёжный путь. Генератор перестанет разгоняться, а потребитель будет смотреть свою любимую передачу на своём любимом диване.
Пронесло.
Это всё аварийные режимы. Но вообще-то аварийные режимы развиваются очень быстро. И мы бы не успели. Хорошо ещё, что до нас понаставили всякой защитной автоматики. Хорошо-с.
Но вот стали объединять генераторы для совместной работы на общую нагрузку. Каждый генератор имеет свою персональную защиту, своих телохранителей. И вот ситуация - нагрузка шибко большая привалила - и та, и другая, и третья - да они что с ума посходили. Никаких резервов уже не осталось. Всё загружено до предела. Тяжело.
И тут вдруг самый слабый генератор не выдержал - перегрелся малость. А телохранитель-то на что? Срабатывает защита от перегрева, и этот генератор отключается. Привет, мол, ребята - выкручивайтесь сами. А нагрузка-то ведь всё та же. Теперь эта нагрузка ложится уже на оставшихся. А они сами уже взмыленные. У них тоже телохранители. Своя-то рубашка ближе к телу. Вырубается ещё один. Теперь уже разбегаются все - они уже не в состоянии тянуть эту нагрузку. В результате энергосистема разваливается, всё гаснет. Сиди в темноте. Теперь скажите - вот у Вас отрубился свет. Вы что, бежите к выключателю отключать свет - нет Вы сидите и ждёте, пока Вам опять подадут энергию. И так вся нагрузка - сидит и ждёт, а чего ждёт, неизвестно. Ну, ладно. Электростанции отключились, перевели дух - надо врубаться по новой. Врубается одна станция- а нагрузка вся сидит и ждёт. Но ведь одна станция никак её не потянет. Объединялись-то не от хорошей жизни, а чтобы вместе тянуть. И вот эта одна, как дура, включается - и конечно же перегрузка - опять отрубает её защита. А без защиты она всё равно сгорит от натуги. Вторая тоже, как дура - и тоже опять отрубается. И так все. Не могут врубиться и всё тут, хоть караул кричи. А тебе в темноте сидеть или в лифте между этажами лучше что ли? И все ждут. А чего ждут? Отключаться потребителям надо. Всем. И потом как- то последовательно, не торопясь, включаться - сначала электростанции, а потом уже потребителям по очереди включаться. Это называется общесистемная авария. И чем больше система, тем тяжелее её собрать обратно. После первой такой системной аварии в Америке - систему собирали 10 часов. 10 часов без электроэнергии - это в наше-то время? Для алюминиевых заводов это смерть - затвердеет металл в печи, и всю печь надо ломать и делать новую. А для химических производств - это нарушение технологического процесса, в результате чего можно получить вместо мыла отравляющее вещество. Вот тебе и преимущества совместной работы. Для тех, кто уже побывал в такой ситуации, это понятно. А вот для тех, кто знает поменьше, но амбиции побольше, чем знаний - для тех только совместная работа. Конечно, жизнь не стоит на месте. Развивается концепция управления нагрузкой. Но это требует денег.Пол века назад эта проблема решалась просто: кто против объединения - это или враги народа, которые подстраивают такие аварии, или закоренелые консерваторы. Я так думаю, что всему своё время. Тогда это было так. Колесо истории тогда крутили коммунисты. Многих оно тогда перемололо, а разогнавшись перемололо и их, как в свое время перемололо монархию. Теперь очередь за чурбайсами. Причём тут Чурбайс? Действительно странно. Если энергетикой управляет совершенно безграмотный в технологии производства электроэнергии бухгалтер, который только и умеет что деньги считать на арифмометре, ну пусть даже на самом современном компьютере, то отчего же не быть авариям?Тем более, что за эти аварии он отделался извинениями. А ведь по существу - чем он не враг народа?
Я начинал с Электродинамической модели, на которой можно было изучать особенности поведения и отрабатывать устройства управления энергосистемой. Но её не достроили, а потом бросили и растащили, конечно. В какой стране живём? Модели не повезло. Много тут было всяких факторов. Тут и перестройка, и революция и смена приоритетов, и конкуренция со стороны компютеров. Они ведь умные, с ними не поспоришь.