Техасский ледниковый период
В МИРЕ / #1–2_2021
Текст: Екатерина РЯБИКОВСКАЯ / Фото: ТАСС, Nationalgeographic.com
Миллионы жителей Техаса столкнулись с перебоями в подаче электроэнергии именно тогда, когда она была им остро необходима — во время самого сильного за последние 30 лет зимнего шторма. Специалисты круглосуточно работали над устранением проблемы, но все же на восстановление электроснабжения ушла целая неделя. Техас, «энергетическая столица» страны, оказался несостоятелен.
Что произошло?
Снежная буря и ледяной шторм обрушились на Техас, расположенный на юге США, 7 февраля. Одновременно резко похолодало — до -20 °C. В результате более 30 ГВт мощностей были отключены. Из-за холодной погоды электрическая нагрузка в ту ночь достигла рекордного уровня — более 69 ГВт. В ответ на это Совет по надежности электроснабжения Техаса (ERCOT) выпустил оповещение об энергетической аварийной ситуации — Energy Emergency Alert 3, в котором компаниям было приказано начать чередование отключений по всему штату. Не хватало и природного газа, который использовали для отопления домов, — спрос стремительно подскочил, а поставки были сорваны.
Люди пытались согреться любыми способами: одни ночевали в машинах, другие всей семьей спали в центре комнаты, где горел камин; когда не осталось в продаже дров — в ход пошли заборы. Одновременно закончилась вода в замерзших кранах — людям пришлось растапливать снег. По обледеневшим дорогам продовольствие не поступало в магазины на протяжении как минимум пяти дней, так что полки супермаркетов опустели. Жителям Техаса пришлось выживать без воды, еды и электричества.
Тех немногих счастливчиков, кого почти или совсем не коснулись веерные отключения, просили максимально снизить использование электроэнергии: не включать крупные электроприборы, максимально сохранять тепло внутри помещения. Жителям рекомендовали также пореже открывать двери, закрыть заслонки неработающих каминов. Потолочные вентиляторы (в местных домах они есть практически в каждой комнате) предлагали включить на вращение по часовой стрелке: это помогает нагнетать теплый воздух из-под потолка в комнату. Всех жителей попросили экономить воду. Много негативных комментариев вызвал призыв местных властей кипятить ее. «Вы предлагаете нам кипятить воду, но как мы можем это делать, если у нас нет ни воды, ни электричества?» — возмущались жители.
Почему коллапс произошел в Техасе, который часто называют энергетической столицей страны? Окончательную ясность внесет всестороннее расследование, а мы укажем лишь на несколько ключевых факторов.
Во-первых, в отличие от взаимосвязанных региональных сетей, обслуживающих бо́льшую часть остальной части страны, техасская сеть ERCOT, по сути, работает сама по себе. Это ограничивает импорт и экспорт электроэнергии в экстремальных ситуациях. Когда в других штатах, таких как Миннесота или Калифорния, наблюдаются экстремальные погодные условия, они могут использовать межгосударственные линии электропередачи для получения энергии от межсетевого соединения. Техас так сделать не может.
Во-вторых, огромная инфраструктура производства электроэнергии на основе природного газа и ветра в Техасе оказалась не готова к такой зимней буре. Многие турбины были остановлены из-за морозов. Можно защитить ветряные турбины от замерзания, но это потребует дополнительных инвестиций.
В‑третьих, так называемая реакция спроса — механизм синхронизации спроса и предложения, интеллектуальная технология электросети, обеспечивающая гибкость на стороне потребителя, — в Техасе развита плохо. Помимо призывов потребителей к добровольному энергосбережению, пока существует очень мало технологий и бизнес-механизмов, позволяющих предприятиям в пиковые периоды снижать спрос до управляемых уровней. Это можно сделать автоматически на стороне клиента, отдав предпочтение основным услугам (например, освещению) над второстепенными (например, стиркой).
Снежная буря и ледяной шторм обрушились на Техас, расположенный на юге США, 7 февраля. Одновременно резко похолодало — до -20 °C. В результате более 30 ГВт мощностей были отключены. Из-за холодной погоды электрическая нагрузка в ту ночь достигла рекордного уровня — более 69 ГВт. В ответ на это Совет по надежности электроснабжения Техаса (ERCOT) выпустил оповещение об энергетической аварийной ситуации — Energy Emergency Alert 3, в котором компаниям было приказано начать чередование отключений по всему штату. Не хватало и природного газа, который использовали для отопления домов, — спрос стремительно подскочил, а поставки были сорваны.
Люди пытались согреться любыми способами: одни ночевали в машинах, другие всей семьей спали в центре комнаты, где горел камин; когда не осталось в продаже дров — в ход пошли заборы. Одновременно закончилась вода в замерзших кранах — людям пришлось растапливать снег. По обледеневшим дорогам продовольствие не поступало в магазины на протяжении как минимум пяти дней, так что полки супермаркетов опустели. Жителям Техаса пришлось выживать без воды, еды и электричества.
Тех немногих счастливчиков, кого почти или совсем не коснулись веерные отключения, просили максимально снизить использование электроэнергии: не включать крупные электроприборы, максимально сохранять тепло внутри помещения. Жителям рекомендовали также пореже открывать двери, закрыть заслонки неработающих каминов. Потолочные вентиляторы (в местных домах они есть практически в каждой комнате) предлагали включить на вращение по часовой стрелке: это помогает нагнетать теплый воздух из-под потолка в комнату. Всех жителей попросили экономить воду. Много негативных комментариев вызвал призыв местных властей кипятить ее. «Вы предлагаете нам кипятить воду, но как мы можем это делать, если у нас нет ни воды, ни электричества?» — возмущались жители.
Почему коллапс произошел в Техасе, который часто называют энергетической столицей страны? Окончательную ясность внесет всестороннее расследование, а мы укажем лишь на несколько ключевых факторов.
Во-первых, в отличие от взаимосвязанных региональных сетей, обслуживающих бо́льшую часть остальной части страны, техасская сеть ERCOT, по сути, работает сама по себе. Это ограничивает импорт и экспорт электроэнергии в экстремальных ситуациях. Когда в других штатах, таких как Миннесота или Калифорния, наблюдаются экстремальные погодные условия, они могут использовать межгосударственные линии электропередачи для получения энергии от межсетевого соединения. Техас так сделать не может.
Во-вторых, огромная инфраструктура производства электроэнергии на основе природного газа и ветра в Техасе оказалась не готова к такой зимней буре. Многие турбины были остановлены из-за морозов. Можно защитить ветряные турбины от замерзания, но это потребует дополнительных инвестиций.
В‑третьих, так называемая реакция спроса — механизм синхронизации спроса и предложения, интеллектуальная технология электросети, обеспечивающая гибкость на стороне потребителя, — в Техасе развита плохо. Помимо призывов потребителей к добровольному энергосбережению, пока существует очень мало технологий и бизнес-механизмов, позволяющих предприятиям в пиковые периоды снижать спрос до управляемых уровней. Это можно сделать автоматически на стороне клиента, отдав предпочтение основным услугам (например, освещению) над второстепенными (например, стиркой).
Что такое ERCOT?
Совет по надежности электроснабжения Техаса ERCOT — небольшая некоммерческая организация, о которой до февраля нынешнего года многие техасцы даже не слышали. Во время рекордного похолодания на ERCOT обрушился шквал критики.
«Обеспечение надежной сети» — миссия ERCOT, декларируемая на его сайте. Сейчас этот слоган выглядит как саморазоблачение. Совет управляет потоками электроэнергии более 26 млн потребителей, что составляет около 90% энергетической нагрузки Техаса. Эта энергия поступает от примерно 700 генерирующих установок, включая ветряные турбины, электростанции, работающие на природном газе и угле, солнечные установки и даже небольшие генераторы, используемые промышленными объектами. Протяженность линий электропередачи — более 70 тыс. км.
ERCOT также выступает в качестве финансового посредника между оптовыми покупателями и продавцами в системе, собирая платежи у покупателей электроэнергии и платя производителям.
Техасская система энергоснабжения монополизировалась не сразу. В начале Второй мировой войны несколько коммунальных предприятий штата объединили свои энергетические мощности и направили излишки электроэнергии на побережье Мексиканского залива, где производилось военное оборудование. Сотрудничество продемонстрировало увеличение надежности энергосистемы, поэтому коммунальные предприятия продолжили совместную работу. Это происходило в пределах границ штата и, следовательно, вне досягаемости федеральных постановлений.
В 1970 году с целью обеспечения соблюдения стандартов, установленных двумя годами ранее Североамериканским советом по надежности электроснабжения, в Техасе был создан ERCOT.
Хотя организация не является государственным учреждением, она получает политические указания и рекомендации от Комиссии по коммунальным предприятиям и Законодательного собрания. В совет директоров ERCOT входят 15 директоров, в том числе четыре независимых: представители потребителей электроэнергии, производителей, розничных поставщиков, коммунальных и муниципальных предприятий.
Кстати, после масштабного скандала выяснилось, что четыре члена правления ERCOT, принимавших решение о веерных отключениях, даже не проживают в Техасе. Совет выпустил извещение о том, что Салли Талберг, председатель правления, Питер Крэмтон, вице-председатель, Терри Балджер, председатель по финансам и аудиту, и Раймонд Хеппер, председатель комитета по кадрам и корпоративному управлению, 24 февраля ушли в отставку.
Комментируя эти отставки, губернатор штата Грег Эбботт резко раскритиковал деятельность ERCOT: «Когда техасцы отчаянно нуждались в электричестве, ERCOT не справлялся со своими обязаннстями, и техасцы дрожали в своих домах без электричества. Руководство ERCOT заверило, что энергетическая инфраструктура Техаса подготовлена к зимнему шторму, но эти заверения оказались вопиющей ложью. Отсутствие готовности к таким ситуациям и прозрачности в ERCOT недопустимо, и я приветствую эти отставки. Штат Техас продолжит расследование в ERCOT, и мы выясним, что там пошло не так. Мы позаботимся о том, чтобы катастрофические события прошлой недели никогда не повторились».
Совет по надежности электроснабжения Техаса ERCOT — небольшая некоммерческая организация, о которой до февраля нынешнего года многие техасцы даже не слышали. Во время рекордного похолодания на ERCOT обрушился шквал критики.
«Обеспечение надежной сети» — миссия ERCOT, декларируемая на его сайте. Сейчас этот слоган выглядит как саморазоблачение. Совет управляет потоками электроэнергии более 26 млн потребителей, что составляет около 90% энергетической нагрузки Техаса. Эта энергия поступает от примерно 700 генерирующих установок, включая ветряные турбины, электростанции, работающие на природном газе и угле, солнечные установки и даже небольшие генераторы, используемые промышленными объектами. Протяженность линий электропередачи — более 70 тыс. км.
ERCOT также выступает в качестве финансового посредника между оптовыми покупателями и продавцами в системе, собирая платежи у покупателей электроэнергии и платя производителям.
Техасская система энергоснабжения монополизировалась не сразу. В начале Второй мировой войны несколько коммунальных предприятий штата объединили свои энергетические мощности и направили излишки электроэнергии на побережье Мексиканского залива, где производилось военное оборудование. Сотрудничество продемонстрировало увеличение надежности энергосистемы, поэтому коммунальные предприятия продолжили совместную работу. Это происходило в пределах границ штата и, следовательно, вне досягаемости федеральных постановлений.
В 1970 году с целью обеспечения соблюдения стандартов, установленных двумя годами ранее Североамериканским советом по надежности электроснабжения, в Техасе был создан ERCOT.
Хотя организация не является государственным учреждением, она получает политические указания и рекомендации от Комиссии по коммунальным предприятиям и Законодательного собрания. В совет директоров ERCOT входят 15 директоров, в том числе четыре независимых: представители потребителей электроэнергии, производителей, розничных поставщиков, коммунальных и муниципальных предприятий.
Кстати, после масштабного скандала выяснилось, что четыре члена правления ERCOT, принимавших решение о веерных отключениях, даже не проживают в Техасе. Совет выпустил извещение о том, что Салли Талберг, председатель правления, Питер Крэмтон, вице-председатель, Терри Балджер, председатель по финансам и аудиту, и Раймонд Хеппер, председатель комитета по кадрам и корпоративному управлению, 24 февраля ушли в отставку.
Комментируя эти отставки, губернатор штата Грег Эбботт резко раскритиковал деятельность ERCOT: «Когда техасцы отчаянно нуждались в электричестве, ERCOT не справлялся со своими обязаннстями, и техасцы дрожали в своих домах без электричества. Руководство ERCOT заверило, что энергетическая инфраструктура Техаса подготовлена к зимнему шторму, но эти заверения оказались вопиющей ложью. Отсутствие готовности к таким ситуациям и прозрачности в ERCOT недопустимо, и я приветствую эти отставки. Штат Техас продолжит расследование в ERCOT, и мы выясним, что там пошло не так. Мы позаботимся о том, чтобы катастрофические события прошлой недели никогда не повторились».
Спасение черепах
От аномальных морозов пострадали не только жители Техаса, но и местные морские черепахи, и так находящиеся на грани исчезновения. Поскольку черепахи холоднокровные, они не могут регулировать температуру своего тела и поэтому особенно чувствительны к экстремальным погодным условиям. Когда температура воды опускается ниже определенного порога, морские черепахи страдают от так называемого оглушения холодом — они не спят, но теряют способность двигаться. Это часто приводит к гибели животных.
Около 30 сотрудников некоммерческой организации Sea Turtle, Inc. и 500 добровольцев ежегодно готовятся к сезону «холодного оглушения». В этом году условия были особенно тяжелыми, однако в первый же день зимнего шторма сотрудники Sea Turtle выловили почти 4,5 тыс. морских черепах на острове Саут-Падре. Организация смогла обеспечить черепахам укрытие с помощью местных властей. Представители SpaceX привезли огромный генератор, чтобы согревать спасенных черепах. «Любовь и поддержка людей, стремившихся помочь беспомощным существам, ошеломляли», — сказала директор Sea Turtle Венди Найт.
Около 30 сотрудников некоммерческой организации Sea Turtle, Inc. и 500 добровольцев ежегодно готовятся к сезону «холодного оглушения». В этом году условия были особенно тяжелыми, однако в первый же день зимнего шторма сотрудники Sea Turtle выловили почти 4,5 тыс. морских черепах на острове Саут-Падре. Организация смогла обеспечить черепахам укрытие с помощью местных властей. Представители SpaceX привезли огромный генератор, чтобы согревать спасенных черепах. «Любовь и поддержка людей, стремившихся помочь беспомощным существам, ошеломляли», — сказала директор Sea Turtle Венди Найт.
Что стоит за арктическими холодами в южных штатах?
Считается, что климат меняется: зимы становятся более теплыми; за последнее десятилетие рекордные мировые показатели жары превышают рекордные значения холода как минимум в два раза. Поэтому историческое похолодание в США может показаться нелогичным. И все же, как ни парадоксально, именно глобальное потепление стало причиной холодов.
Вокруг северного полюса Земли вращается полярный вихрь — атмосферная «воронка» холодного воздуха. Вообще-то таких воронок две. Нижняя расположена на высоте 10−12 км и существует круглый год. Под воздействием нагрева земли воронка отклоняется на север или юг, формируя таким образом погоду. Верхний вихрь образуется только в зимнее время на высоте почти 50 км и меньше зависит от нагрева Земли.
Арктика нагревается гораздо быстрее, чем другие регионы планеты. В результате этого сила и скорость нижнего вихря уменьшаются, и он «виляет» из стороны в сторону, создавая атмосферные волны. Эти волны разрушают воронку, «отрывая» от нее куски ледяного воздуха, которые устремляются на юг и вызывают экстремальные морозы.
Еще 7 января CBS News анонсировала суровую зиму, объяснив ее тем, что в течение всего нескольких дней в конце декабря и начале января температура в атмосфере высоко над Северным полюсом повысилась на 100 °F (примерно на 38 °C), то есть прыгнула с -110 °F до -10 °F.
Жители Среднего Запада США не впервые сталкиваются с морозной воздушной массой. Погодный рекорд, установленный в 1899 году в северной части США, был гораздо более масштабным и суровым. Однако нынешние холода войдут в историю из-за того, что ядро холодного воздуха — часть полярного вихря — ушло гораздо дальше, чем когда-либо, на юг страны: более чем на 6 тыс. км от места своего обычного расположения на Северном полюсе. В результате за неделю в южных и центральных равнинных штатах были установлены сотни дневных рекордных минимумов.
Теория волнистого струйного течения, связанная с изменением климата, была впервые предложена доктором Дженнифер Фрэнсис из Центра исследования климата Вудвелла. Эта теория гласит, что потепление в Арктике уменьшает градиент между теплым и холодным воздухом и таким образом ослабляет механизм температурного контраста, обеспечивающий силу струи. Это приводит к слабой, более волнистой струе, которая с большей вероятностью направит холодный воздух на юг.
Теория Д. Фрэнсис принята многими учеными-климатологами, рассматривающими очевидное усиление экстремальных явлений как доказательство ее состоятельности. Но есть и значительная группа ученых, у которых влияние изменения климата и усиленного таяния арктического льда на струйный поток вызывает сомнения. Эти ученые аргументируют свои сомнения тем, что атмосфера — сложная система, и климатические модели пока не способны воспроизвести ее мельчайшие детали.
Поиск аргументов, позволяющих окончательно подтвердить или опровергнуть теорию, все еще продолжается.
Считается, что климат меняется: зимы становятся более теплыми; за последнее десятилетие рекордные мировые показатели жары превышают рекордные значения холода как минимум в два раза. Поэтому историческое похолодание в США может показаться нелогичным. И все же, как ни парадоксально, именно глобальное потепление стало причиной холодов.
Вокруг северного полюса Земли вращается полярный вихрь — атмосферная «воронка» холодного воздуха. Вообще-то таких воронок две. Нижняя расположена на высоте 10−12 км и существует круглый год. Под воздействием нагрева земли воронка отклоняется на север или юг, формируя таким образом погоду. Верхний вихрь образуется только в зимнее время на высоте почти 50 км и меньше зависит от нагрева Земли.
Арктика нагревается гораздо быстрее, чем другие регионы планеты. В результате этого сила и скорость нижнего вихря уменьшаются, и он «виляет» из стороны в сторону, создавая атмосферные волны. Эти волны разрушают воронку, «отрывая» от нее куски ледяного воздуха, которые устремляются на юг и вызывают экстремальные морозы.
Еще 7 января CBS News анонсировала суровую зиму, объяснив ее тем, что в течение всего нескольких дней в конце декабря и начале января температура в атмосфере высоко над Северным полюсом повысилась на 100 °F (примерно на 38 °C), то есть прыгнула с -110 °F до -10 °F.
Жители Среднего Запада США не впервые сталкиваются с морозной воздушной массой. Погодный рекорд, установленный в 1899 году в северной части США, был гораздо более масштабным и суровым. Однако нынешние холода войдут в историю из-за того, что ядро холодного воздуха — часть полярного вихря — ушло гораздо дальше, чем когда-либо, на юг страны: более чем на 6 тыс. км от места своего обычного расположения на Северном полюсе. В результате за неделю в южных и центральных равнинных штатах были установлены сотни дневных рекордных минимумов.
Теория волнистого струйного течения, связанная с изменением климата, была впервые предложена доктором Дженнифер Фрэнсис из Центра исследования климата Вудвелла. Эта теория гласит, что потепление в Арктике уменьшает градиент между теплым и холодным воздухом и таким образом ослабляет механизм температурного контраста, обеспечивающий силу струи. Это приводит к слабой, более волнистой струе, которая с большей вероятностью направит холодный воздух на юг.
Теория Д. Фрэнсис принята многими учеными-климатологами, рассматривающими очевидное усиление экстремальных явлений как доказательство ее состоятельности. Но есть и значительная группа ученых, у которых влияние изменения климата и усиленного таяния арктического льда на струйный поток вызывает сомнения. Эти ученые аргументируют свои сомнения тем, что атмосфера — сложная система, и климатические модели пока не способны воспроизвести ее мельчайшие детали.
Поиск аргументов, позволяющих окончательно подтвердить или опровергнуть теорию, все еще продолжается.
Что можно исправить?
Три профессора Техасского университета A&M опубликовали открытое письмо, в котором предложили стратегию действий на случай будущих экстремальных погодных явлений. Эксперты рекомендуют, во‑первых, подготовить к зиме ветряные турбины и другие генерирующие инфраструктуры. Во-вторых, привлечь инвестиции для строительства дополнительных линий электропередачи, которые соединят ERCOT с восточными и западными сетями: это даст штату возможность использовать импорт/экспорт, если поставки электроэнергии дестабилизируются. В‑третьих, организовать регулятивные и рыночные структуры, которые помогут сделать реагирование на спрос более гибким.
По мнению профессоров, необходимые технологии, в том числе интеллектуальные счетчики, в большинстве жилых домов уже есть. Не хватает надлежащей рыночной механики и политической воли для ее внедрения. И последнее: ученые уверены, что пришло время подумать о стратегических запасах энергии — наподобие стратегических запасов нефти.
Три профессора Техасского университета A&M опубликовали открытое письмо, в котором предложили стратегию действий на случай будущих экстремальных погодных явлений. Эксперты рекомендуют, во‑первых, подготовить к зиме ветряные турбины и другие генерирующие инфраструктуры. Во-вторых, привлечь инвестиции для строительства дополнительных линий электропередачи, которые соединят ERCOT с восточными и западными сетями: это даст штату возможность использовать импорт/экспорт, если поставки электроэнергии дестабилизируются. В‑третьих, организовать регулятивные и рыночные структуры, которые помогут сделать реагирование на спрос более гибким.
По мнению профессоров, необходимые технологии, в том числе интеллектуальные счетчики, в большинстве жилых домов уже есть. Не хватает надлежащей рыночной механики и политической воли для ее внедрения. И последнее: ученые уверены, что пришло время подумать о стратегических запасах энергии — наподобие стратегических запасов нефти.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #1–2_2021