За кулисами коммутатора: как уругвайская наука предотвращает массовые отключения электричества

«У всех нас есть иллюзия, что розетка или выключатель - это почти волшебные устройства. Нажимаешь на кнопку - и загорается свет или нагревается вода, и никто не ожидает, что произойдет что-то другое», - объясняет Альваро Джусто, директор Института электротехники на инженерном факультете Университета Республики (Уделар). Однако за этой повседневной простотой скрывается сложная система, работающая с удивительной эффективностью, которую замечают только тогда, когда она нарушается. Масштабное отключение электричества в Испании и недавний случай в Монтевидео подчеркивают сложность и уязвимость этих инфраструктур. 28 апреля 2025 года в Испании произошло беспрецедентное отключение электроэнергии, в результате которого более 50 миллионов человек на Пиренейском полуострове остались без электричества. Отключение, продолжавшееся несколько часов, парализовало работу основных служб, таких как поезда, метро и телекоммуникации, и привело к экономическим потерям, оцениваемым в 400 миллионов евро. Причина до сих пор неизвестна. В Монтевидео 15 мая из-за сбоя в высоковольтной системе без электричества остались более 150 000 пользователей. Перебои в подаче электроэнергии продолжались более часа. По сравнению с этим, оно было несерьезным. Несмотря на масштабы аварии, затронувшей более 50 миллионов человек, сегодня о ней мало кто вспоминает, потому что, по словам Андреса Феррагута, профессора кафедры сетей и коммуникационных систем инженерного факультета Университета ОРТ, «реакция UTE была чрезвычайно быстрой». Джусто согласился: «У нас отличная служба электроснабжения, с высокой степенью готовности и никогда не возникающими проблемами за редким исключением. Но эта стабильность - не результат случайности, а постоянная бдительность и реагирование на сбои». «Устойчивость системы заключается в том, что существуют устройства, которые обнаруживают эти сбои и принимают меры по их устранению», - сказал он. За исключением случаев экстремальных погодных явлений или спорадических сбоев, отключения настолько мимолетны, что не оставляют следа в коллективной памяти». Тем не менее, страна не избегает событий, подобных испанскому. В связи с этим оба эксперта подчеркивают, что уругвайская система электроснабжения не только имеет преимущества, но и опирается на научные исследования, позволяющие предвидеть сбои и, в случае их возникновения, обеспечить быстрое реагирование. Электрическая сеть похожа на большой балет: сотни синхронных генераторов вращаются с одинаковой скоростью, идеально синхронизируясь, несмотря на то, что они разбросаны на тысячи километров друг от друга и между ними нет прямой механической связи. Благодаря электрическим связям эти огромные вращающиеся массы синхронизируются, и их коллективная инерция стабилизирует частоту 50 герц, которая поступает в наши дома. Эта общая инерция придает им устойчивость: если машина страдает от локальной проблемы, сеть помогает ей набрать скорость, чтобы она не вышла из строя. Недавнее отключение электричества в Испании хорошо это иллюстрирует. Хотя пока неизвестно, что стало его причиной, ясно, что первоначальный сбой вызвал эффект домино в энергосистеме. Когда возникает нарушение - например, переизбыток, недостаток или отсутствие спроса - частота отклоняется. Если отклонение велико, генераторы автоматически отключаются, чтобы защитить себя, что усугубляет нестабильность и может привести к массовым отключениям. Феррагут сравнивает этот процесс балансировки с игрой в веревочки: «Представьте, что много детей тянут за связанные веревочки. Если один из них отпустит веревку, остальные должны мгновенно перестроиться. Но в энергосистеме эта регулировка происходит за секунды и без вмешательства человека. Если она не успевает отрегулироваться, происходит каскадный сбой, в результате которого все остаются без электричества». Картина меняется с ростом доли возобновляемых источников энергии, особенно ветра и солнца. Они не обеспечивают инерции, как большие синхронные машины. Поэтому в реактивном плане «у нас меньше инерции, чем 20 лет назад», - предупреждает Джусто. Его исследовательская группа на инженерном факультете Уделара работает именно над этой «стороной Б» ветрогенерации, разрабатывая стратегии управления, известные как синтетическая инерция, которые позволяют ветрогенераторам, по крайней мере временно, вести себя как обычные машины. «На несколько секунд эти генераторы могут выдать немного больше энергии, чтобы помочь энергосистеме справиться с проблемами», - пояснил он. Согласно совместному проекту UTE и Udelar, эта стратегия может смягчить нехватку инерции и укрепить стабильность сети. Поскольку мировой спрос на электроэнергию растет - за счет кондиционеров и центров обработки данных, - Феррагут настаивает на том, что научное сообщество должно продолжать изучать способы поддержания стабильности сети без ущерба для энергетического перехода. Он отметил, что Уругвай, будучи небольшой страной, легче поддается управлению и имеет высококвалифицированных технических специалистов. Например, в Университете ORT ведутся исследования по улучшению управления инверторами - устройствами, преобразующими солнечную энергию для энергосистемы, - и приданию им большей инерции, чтобы помочь в решении этих проблем. Кроме того, изучаются такие решения, как крупномасштабные батареи, которые могут компенсировать пиковый спрос и придать большую стабильность энергосистеме. «Нам нужно больше инженеров и исследователей, чтобы продолжать внедрять инновации. И используйте эти события как напоминание о том, что электричество - это не гарантированная вещь: не каждый раз, когда я собираюсь включить что-то в розетку, у меня будет 130 вольт и 50 герц. Для того чтобы это произошло, необходима целая цепочка людей, человеческих ресурсов, материалов и оборудования», - сказал он. Рубен Чаер, менеджер по техническому и национальному диспетчеру нагрузки в Администрации рынка электроэнергии, подчеркнул, что ключ к предотвращению отключений лежит в предвидении: «В системе (Уругвая) есть два „робота“, которые постоянно анализируют, что может произойти в ближайшие дни или часы. Это позволяет нам скорректировать реакцию на любое неожиданное событие». По словам Чаера, благодаря современным инструментам моделирования и сотрудничеству между UTE и научными кругами Уругваю удалось предвидеть проблемы, которые несет с собой возобновляемая генерация, и укрепить потенциал реагирования. «До 2035 года у нас нет серьезных проблем на горизонте, но мы постоянно корректируем модели, чтобы решить, потребуются ли дополнительные батареи или новые тепловые машины», - пояснил он. Джусто напомнил, что, помимо этих технологических разработок, для поддержания системы электроснабжения на должном уровне необходима «работа множества технических специалистов». «То, что, как мы говорим, выглядит как волшебство - нажимаешь на кнопку, и появляется свет, - на самом деле делают люди», - заключил он.