На сегодняшний день исследователями и экспертами выдвигаются предположения о том, что интенсивность и частота опасных и неблагоприятных метеорологических явлений может увеличиться в будущем с повышением глобальной температуры, приводя к увеличению количества аварий и технологических нарушений на различных объектах систем жизнеобеспечения, инфраструктуры электроэнергетики и других объектов капитального строительства.
На российском уровне в последние несколько лет также все больше рассматриваются вопросы о климатической повестке и тех рисках, которыми сопровождаются текущие и предполагаемые изменения. Сюда можно отнести и пересмотр с утверждением новой версии Климатической доктрины РФ и Национальный план мероприятий второго этапа адаптации к изменениям климата, и множество других нормативно-правовых актов с высоким уровнем в иерархии регуляторной базы страны.
С точки зрения климатозависимости электроэнергетика является одним из наиболее уязвимых секторов экономики. Это выражается в том, что климатические воздействия и определяют потребность в тепловой и электрической энергии различных территорий, а также в значительной степени влияют на надежность технологического функционирования объектов. В различных странах мира наибольшее число аварий в электросетевом комплексе связано с результатами воздействия климатических факторов – рисунок 1. Так в различных сетях высокого напряжения США за период с 1999 по 2021 года от 26% до 78% всех отключений вызваны воздействием климатических факторов, а в Китае и в Канаде в среднем данный показатель составляет более 50%, что говорит о высокой степени влияние климатических условий на работу электроэнергетических систем.
В условиях технологического развития и цифровой трансформации всех отраслей экономики вопросам обеспечения надежности электроснабжения уделяется все больше внимания, поскольку даже непродолжительные отключения приводят к остановке как производственных процессов предприятий, так жизни города в целом.
Россия, как страна, которая занимает значительные территории, характеризуется большим количеством региональных энергосистем, а проблема надежного и качественного электроснабжения населенных пунктов, рассредоточенных по большой территории, обозначена, как одна из ключевых, в стратегии энергетической безопасности России. Из-за большой протяженности ЛЭП их подверженность неблагоприятным погодным воздействиям очень велика. Спектр различных физических климатических рисков – рисков непосредственного влияния экстремальных и систематических климатических явлений на работоспособность инфраструктуры электросетевого комплекса, достаточно широк.
Рисунок 1 – Структура причин аварийности в электросетевом комплексе различных стран
Опасные явления, связанные с ветровой нагрузкой (ураганами, штормами, смерчами и пр.) представляют наибольшую опасность для нарушения электроснабжения практически на всей территории России. Ветровая нагрузка, действуя на обледенелый провод, создает результирующую гололедно-ветровую нагрузку, которая зависит от скорости ветра при гололеде и размеров отложения. Под действием этой нагрузки провода скручиваются, вибрируют (начинается «пляска»), что уменьшает их прочность и может приводить к обрыву воздушных линий. Повышение температуры воздуха в зимний период и увеличение случаев выпадения жидких осадков, в том числе переохлажденного дождя, приведут к росту рисков опасного гололедообразования и аварий на линии электропередачи. На работу воздушных линий влияет и температура воздуха, так как от нее зависит степень натяжения или провисания проводов. Сочетание низких температур воздуха с большими скоростями ветра создает дополнительную нагрузку на линии, приводят к их преждевременному износу и ослаблению узлов соединения.
На эффективность работы воздушных линий оказывает влияние температура окружающего воздуха, так как от нее зависит степень натяжения или провисания проводов. Сочетание низких температур и сильного ветра создает дополнительную нагрузку на линии, вызывает их преждевременный износ и ослабление соединительных узлов. Опасные явления, связанные с ветровой нагрузкой (сильные ветры, ураганы и т.д.), представляют наибольшую угрозу для нарушения электроснабжения практически на всей территории России. Под воздействием ветровых нагрузок провода скручиваются, вибрируют, что снижает их прочность и может привести к обрыву воздушных линий. Увеличение температуры воздуха зимой и увеличение количества осадков, включая ледяной дождь, могут привести к росту рисков опасного гололедообразования и аварий на линиях электропередачи.
Согласно годовым отчетам о причинах технологических нарушений на объектах крупнейшей группы электросетевых компаний в России ПАО «Россети» сформирована динамика изменения причин аварий в электросетевом комплексе России за 2013 – 2022 гг., которая представлена на рисунке 2. Установлено, что доля вклада климатических факторов в общей аварийности линий электропередачи России является максимальной и варьировалась в диапазоне от 29% до 51% в зависимости от года.
В ходе реализации проекта «Разработка цифрового модуля по оценке аварийности объектов электросетевого комплекса в результате влияния природных факторов в условиях климатических изменений» при поддержке гранта НИУ «МЭИ» на реализацию программы научных исследований «Приоритет 2030: Технологии будущего» в 2022-2024 гг., было выявлено, что влияние отдельных климатических факторов, на аварийность в различных филиалах ПАО «Россети» может в значительной степени отличаться, и наиболее интересным представляется анализ технологических нарушений по отдельным регионам страны.
Рисунок 2 – Динамика изменения причин аварий в электросетевом комплексе России за 2013-2022 гг.
Согласно проведенному исследованию, в 78 субъектов РФ, на территории которых обслуживанием распределительных сетей занимается ПАО «Россети», в среднем можно сделать вывод о том, что половина всего времени простоя оборудования и недоотпуска электроэнергии происходит из-за влияния климатических факторов.
Оценка структуры вклада климатических факторов в аварийность в распределительных сетях ПАО «Россети» различных классов напряжения за 2018-2022 показала, что наибольшее влияние на аварийность в сетях всех классов напряжений, оказывают ветровые нагрузки – рисунок 3. Вместе с тем, четко прослеживается динамика на увеличение доли влияния данного фактора при снижении класса напряжения. Так в сетях 110 кВ и выше в среднем по всем филиалам доля отключений из-за воздействия ветровых нагрузок среди всех климатических причин отключений составляет 42%, в сетях 35 кВ – 53%, 6(10) кВ – 75%, 0,4 кВ – 82%.
Следует отметить, что влияние климатических факторов неравномерно распределено по территории обслуживания ГК «Россети». Так, наибольшее значение влияние грозовых перенапряжений в сетях 35 кВ и выше наблюдается на территориях расположенных за Уралом (ПАО «Россети Урал» – 55%, ПАО «Россети Тюмень» – 77%, ПАО «Россети Томск» – 82%, ПАО «Россети Сибирь» – 49%) и в южных регионах страны (ПАО «Россети Волга» – 56%, ПАО «Россети Кубань» – 70%), а наименьшее влияние фактор оказывает на сети центрального федерального округа, что может связано с низкой грозовой активностью на данных территориях.
Данное исследование показывает, что воздействия климатических факторов в распределительных сетях ПАО «Россети» в среднем за последние 5 лет приводило к половине всех технологических нарушений, а по продолжительности – половина всего времени простоя оборудования и недоотпуска электроэнергии происходит из-за влияния климатических факторов. Причем, наибольшее влияние выявлено на территории обслуживания ПАО «Россети Северо-Запад», ПАО «Россети Центр», ПАО «Россети Центр и Приволжье», ПАО «Россети Юг», а наименьшее – на территории обслуживания ПАО «Россети Московский регион».
В ходе анализа сводных данных о технологических нарушениях было выявлено, что влияние ветровых нагрузок значительно в распределительных сетях всех напряжений, однако наибольшее влияние оказывает на сети 6(10) кВ и ниже, а также в центральной части России, а влияние грозовых перенапряжений является значительным только в сетях 35 кВ и выше, в особенности в Южных регионах и за Уралом. Прочие климатические факторы оказывают не столь значительно воздействие на аварийность в целом, однако гололедно-изморозевые отложения являются значимой проблемой для северной части центральной России, где свою деятельность осуществляет ПАО «Россети Северо-Запад», ПАО «Россети Тюмень» и ПАО «Россети Сибирь», а влияние температур наибольшее значение оказывает на территории обслуживания ПАО «Россети Юг».
|
|
|
|
Рисунок 3 – Структура вклада климатических факторов в аварийность в сетях ПАО «Россети» различных классов напряжения за 2018-2022 гг.
Фото на обложке: Unsplash / Federico Beccari
