Устойчивость (энергетическая система)

Под устойчивостью энергоснабжения понимается способность компании адаптироваться к перебоям в подаче электроэнергии. Частые отключения электроэнергии вынудили предприятия учитывать « стоимость отсутствия доступа к электроэнергии » в дополнение к традиционной « стоимости электроэнергии ». Проблемы, связанные с климатом, усилили внимание к энергетической устойчивости и устойчивости. В Соединенных Штатах электроэнергетические компании зарегистрировали более 2500 значительных отключений электроэнергии с 2002 года, причем почти половина из них (а именно 1172) связана с погодными явлениями, включая штормы, ураганы и другие неуказанные суровые погодные явления. Эти инциденты часто приводят к значительным экономическим потерям.

Комитет по повышению устойчивости национальной системы передачи и распределения электроэнергии разработал стратегии, направленные на снижение воздействия крупномасштабных и длительных отключений электроэнергии. Устойчивость заключается не только в предотвращении таких отключений, но также в ограничении их масштабов и воздействия, быстром восстановлении электроснабжения и подготовке к будущим событиям.

Некоторые части Соединенных Штатов по-прежнему полагаются на регулируемые вертикально интегрированные коммунальные предприятия, в то время как другие осваивают конкурентные рынки. Усилия по повышению устойчивости должны учитывать эту институциональную и политическую неоднородность.

Использование автоматизации на уровне высокого напряжения может повысить надежность сети, но также создает уязвимости в кибербезопасности. Эти « умные сети » используют улучшенные технологии измерения, связи, автоматизации и передовую инфраструктуру измерения .

Распределенные энергетические ресурсы быстро растут в некоторых штатах, но большинство потребителей в США будут продолжать зависеть от крупномасштабной, взаимосвязанной и иерархически структурированной электрической сети. Поэтому стратегии повышения устойчивости электроэнергетики должны учитывать разнообразный набор технических и институциональных мер и широкий спектр опасностей. Не существует единого решения, подходящего для всех ситуаций, когда речь идет о предотвращении, планировании, преодолении и восстановлении после крупных сбоев.

Определение

По данным Министерства внутренней безопасности США (DHS), устойчивость определяется как «способность адаптироваться к изменяющимся условиям, выдерживать и быстро восстанавливаться после сбоев, вызванных чрезвычайными ситуациями».

Причины

Отключения электроэнергии могут быть вызваны различными событиями, а не только погодными условиями. Эти события можно классифицировать как «низкочастотные с высоким воздействием» или «высокочастотные с низким воздействием». Борьба с низкочастотными явлениями с сильными последствиями, также известными как явления «длительной продолжительности на большой территории», особенно сложна из-за значительных разрушений, которые они вызывают на обширной территории в течение длительного периода. Эти события, как правило, непредсказуемы и происходят неожиданно, но достижения в области технологий прогнозирования погоды и стихийных бедствий могут дать некоторое время для предупреждения для подготовки к определенным ситуациям. Отключения электроэнергии могут быть вызваны широким спектром факторов, включая стихийные бедствия, кибератаки , сбои оборудования, человеческие ошибки и политическую нестабильность. Воздействие аварийного события на инфраструктуру энергосистемы может быть значительным в зависимости от серьезности события и состояния инфраструктуры. Например, сильный шторм может обесточить большую географическую территорию, а кибератака на системы связи может нарушить работу всей энергосистемы . Кроме того, взаимозависимость различных инфраструктур, таких как энергетика, транспорт и связь, может усугубить воздействие разрушительного события. Наконец, пространственные и временные последствия разрушительного события могут повлиять на то, как быстро будет восстановлено электроснабжение, а также на уровень ущерба инфраструктуре. В целом, управление риском перебоев в подаче электроэнергии требует комплексного подхода, учитывающего ряд потенциальных разрушительных событий и их потенциальное влияние на инфраструктуру энергосистемы.

Важность

Независимо от причин, растущую обеспокоенность вызывает то, что перебои в подаче электроэнергии приводят к экономическим потерям и трудностям для людей, которые стали все больше зависеть от электричества даже для обеспечения элементарных удобств. Поэтому крайне важно, чтобы электроэнергетические системы (ЭЭС) во всем мире были устойчивыми. Устойчивая EPS должна обеспечивать бесперебойное электроснабжение даже в случае незначительных сбоев и серьезных сбоев. Он должен быть достаточно надежным, чтобы быть надежным и иметь возможность прогнозировать потенциальные сбои в работе и готовиться к ним. Кроме того, устойчивая ЭЭС должна иметь механизм быстрого восстановления и восстановления электроснабжения критически важных предприятий. Однако, хотя надежность энергосистемы четко определена и имеет установленные показатели в электроэнергетическом секторе, устойчивость часто путают с надежностью, несмотря на некоторые сходства.

Согласно выводам отчета Национальных академий, бесперебойная работа электросети, которая организована в иерархическую структуру и тесно взаимосвязана в большом масштабе, будет оставаться решающим фактором для обеспечения надежного электроснабжения большинства потребителей в течение следующих двух десятилетий. Перебои в подаче электроэнергии создают проблемы как для потребителей, так и для самой электросистемы. Эти сбои обычно вызваны физическим повреждением локальных частей системы, например, ударами молнии, падением деревьев или отказом оборудования. Большинство отключений, затрагивающих потребителей в Соединенных Штатах, вызвано событиями, происходящими в распределительной системе, в то время как более сильные штормы, природные явления и ошибки операторов могут вызвать сбои во всей высоковольтной системе. К отключениям электроэнергии могут привести различные события, такие как ураганы, ледяные бури, засухи, землетрясения, лесные пожары и вандализм. Когда отключается электричество, жизнь становится более сложной, особенно с точки зрения связи, деловых операций и управления дорожным движением. Кратковременные отключения обычно поддаются управлению, но более длительные и масштабные отключения приводят к большим затратам и неудобствам. Критически важные услуги, такие как медицинская помощь, службы экстренной помощи и связь, могут быть нарушены, что может привести к гибели людей. В этом отчете основное внимание уделяется созданию устойчивой электроэнергетической системы, которая сводит к минимуму негативные последствия крупных отключений электроэнергии, особенно отключений, которые длятся несколько дней или дольше и распространяются на несколько областей или штатов, что особенно проблематично для современной экономики, которая зависит от надежного электроснабжения.

Устойчивость против надежности

Несмотря на усилия коммунальных предприятий по предотвращению и смягчению масштабных отключений электроэнергии, они все еще происходят и не могут быть устранены из-за многочисленных потенциальных источников сбоев в энергосистеме. Несколько удивительно, что такие отключения происходят не так часто, учитывая масштабы системы и потенциальные проблемы. Однако проектировщики и операторы системы на протяжении многих лет приложили огромные усилия, чтобы гарантировать, что электрическая система спроектирована и работает с высоким уровнем надежности. В последнее время повышенное внимание также уделяется устойчивости. Североамериканская корпорация по надежности электроснабжения (NERC), отвечающая за разработку стандартов надежности для энергосистем, определяет надежность с точки зрения двух фундаментальных концепций.

1. Адекватность: Адекватность относится к способности электроэнергетической системы последовательно удовлетворять общий спрос на электроэнергию и энергетические потребности конечных пользователей, учитывая как плановые, так и непредвиденные отключения компонентов системы, которые обоснованно ожидаются.
2. Эксплуатационная надежность: способность всей электроэнергетической системы выдерживать неожиданные сбои, такие как электрические неисправности или непредвиденные отказы компонентов из-за вероятных аварийных ситуаций, без возникновения неуправляемых, широкомасштабных перебоев в подаче электроэнергии или нанесения вреда оборудованию.

На практике стандарты надежности системы различаются, и хотя основная энергетическая система поддерживает относительно высокий уровень надежности на всей территории Соединенных Штатов, ее нельзя сделать полностью безупречной из-за ее сложности как « киберфизической системы ». Для обеспечения достаточности мощностей по выработке электроэнергии обычно используется стандарт потери нагрузки один день за десять лет, что означает, что резервы генерации должны быть достаточными для предотвращения произвольного отключения нагрузки из-за неадекватного снабжения, происходящего более одного раза в год. десять лет. Однако из-за миллионов сложных физических, коммуникационных, вычислительных и сетевых компонентов и систем система по своей сути сложна и не может достичь идеальной надежности.

Устойчивость и надежность — это два разных понятия. Согласно определению Словаря английского языка Random House , упругость означает способность возвращаться в исходное состояние после растяжения, сжатия или изгиба. Более того, устойчивость предполагает восстановление после невзгод, болезней, депрессии или других подобных ситуаций. Это также включает в себя способность восстанавливаться и эффективно справляться с перебоями в работе за счет уменьшения их последствий, быстрой и эффективной перегруппировки после окончания события и обучения лучше справляться с будущими событиями.

См. также

• Устойчивые системы управления