«Гелиогеомагнитная опасность для объектов электроэнергетики России, организация мониторинга и системы защиты электрических станций и сетей от действия. - презентация

1 «Гелиогеомагнитная опасность для объектов электроэнергетики России, организация мониторинга и системы защиты электрических станций и сетей от действия геомагнитно индуцированных токов (ГИТ)» 1 этап ( гг.) член-корреспондент РАН Махутов Н.А., в.н.с., к.ф.м.н. член.корр. РАЕН Цыганков С.С.II

2 Возмущение геомагнитного поля

3 Карта рисков от будущих геомагнитных штормов для Северного полушария

4 Периодограмма изменения удельной повреждаемости ЛЭП-500кВ МЭС Центра (1) и солечной активности (2)

5 Карта ОЭС Северо – Запада, в которой в ноябре 2001 года из-за геомагнитных бурь дважды произошло аварийное отключение ВЛ 330 кВ Оленегорск- Мончегорск. Отключились потребители суммарной мощностью 70 мВт. Зафиксированы ГИТ в 150А.

6 2-ая синхронная зона – Юго-Восточная Европа Кыргызстан Узбекистан Таджикистан Туркменистан Сибири ОЭС Казахстана Алматы 6~220 2~220 Таллинн Рига Вильнюс 1~750 2~ ~220 ОЭС Кишинев Киев Украины Молдовы Эстонии Латвии Литвы Беларуси Калининград 1~750 1~500 6~ ~500 4~220 ЕЭС РОССИИ ОЭС Средней Азии Ташкент Ереван ~220 ЭЭС 2~750; 2~400; 3~220 1~400; 3~110 13~ ~500; 2~220; 2~ Янтарьэнерго Афганистан Китай Монголия Норвегия Финляндия UCTE 1~500 5~500; 3~220 7~110 1~ ~330 2~110; 3~400 2~330 4~330 1~110 5~110 3~330 1~ ~330 3~110 1~110 2~ ~330 4~330 1~110 2~500 4~220 3~ Армении ЭЭС Азербайджана Баку ЭЭС Грузии Тбилиси ЭЭС ОЭС Закавказья 1~500 1~110 2~110 1~330 1~110 Турция 1~ Турция 1~500 1~220; 1~110 1~220 1~110 1~220 1~330 1~1150 5~ ~220 ОЭС Минск 6~110 5~330 2~330 Москва ОЭС Центра ОЭС Сев. Кавказа Пятигорск ОЭС Урала Екатеринбург ОЭ С Ср. Волги Самара ОЭС Сев.-Запада С.-Петербург ОЭС Сибири Кемерово Хабаровск ОЭС Дальнего Востока 3~330 Варшава CENTREL 1~750 1~110 UCTE 1~ ~500 Иран ОЭС Балтии. Структура и пропускные способности межсистемных линий в ЕЭС/ОЭС, МВт

7 Таким образом, по первой части доклада можно сделать однозначный вывод, что геомагнитные бури чрезвычайно опасны для Единой энергетической системы как России, так и других сопредельных стран, особенно в период будущего пика солнечной активности в годах и необходимости проведения как национальных, так и межнациональных программ по мониторингу и защите от ГИТ.

8 Внешние: изменение космической погоды Внутренние: уменьшение напряжен- ности и инверсия геомагнитного поля Антропогенные: рост технологического уровня жизнедеятельности Источники гелиогеомагнитной опасности Области вероятного разрушения электрических систем США для случая супербури в мае 1921 года. Credit: National Academy of Sciences. Грин Д., Оденуолд С. Готовясь к солнечной буре//В мире науки, 11, 2008

9 Что происходит с проблемой гелиогеомагнитной опасности в настоящее время?. Ученые полагают, что наступивший 24 Солнечный цикл будет подобен циклу, который достиг максимума в 1928, отмеченный красной стрелкой (1). Пунктирной стрелкой (2) показан максимум 1859 г., вызвавшей экстра бурю. По величине он сравним с предсказываемой активностью 2013 года. Качественно показано уменьшение напряженности геомагнитного поля – защитного экрана (порядка 0.1 % в год), что адекватно увеличению на эту величину количества солнечной плазмы, достигающей поверхности Земли (3). Последние исследования, проведенные учеными NASA, подтверждают, что в настоящее время происходит увеличение солнечной активности, пик которой прогнозируется на 2013 год, призвав Правительство США начать подготовку к возможным техногенным катастрофам [Massive space storms forecast as sun awakens from «deep slumber» Daily Mail Reporter ]. Напряженность геомагнитного поля (не в масштабе) 2 1 3

10 Оценка возможных экономических потерь от гелиогеомагнитных опасностей. Наиболее показательным в плане экономического управления надежностью электроснабжения является опыт США. В основу механизма управления надежностью в США закладываются ответы на три вопроса: -ущерб экономике от ненадежного электроснабжения; -стоимость надежности сегодня и в будущем; -надежность с точки зрения потребителя и управление возникающими рисками. Оценки экономических годовых потерь для Канады и севера США от электромагнитного воздействия геомагнитных бурь различной мощности оценивается от 1 миллиона до 23 миллиардов долларов США. По этой проблеме в 2008 г. выпущен доклад американской Академией наук (NAS) и НАСА (NASA) «Угрозы космической погоды: социальные и экономические последствия» В исследованиях, в частности показано, что если произойдет магнитная буря аналогичная той, которая произошла в мае 1921 года, то только на территории США она выведет из строя до 350 ключевых трансформаторов на электроподстанциях, снабжающих электроэнергией 130 млн. человек, а стоимость ликвидации последствий составит от 1 до 2 трлн. $ в год в течение до 10 лет, а буря подобная событию 1859 года могла бы обесточить всю планету, причем на десятки лет, а может и навсегда, так как запустить производство вышедших из строя электрических агрегатов станет невозможным

11 К чему может привести отключение электроэнергии в РФ и странах СНГ? 1. Система управления страной в существующем виде через системы управления и связи будет разрушена. На защищенных командных пунктах управления разных уровней резервные мощности позволят осуществлять электроснабжение еще 1-2 месяца, однако связь прервется сразу, причем ее восстановление даже по упрощенным схемам будет чрезвычайно проблематичным. 2. Добыча, переработка и передача по трубопроводам нефти и газа будет остановлена, либо снижена в разы. 3.Железные дороги в электрифицированном варианте будут остановлены. Перевод на тепловую тягу возможен в ограниченном объеме на ограниченное (в связи с недостатком топлива) время. 4.Автомобильные перевозки будут ограничены в разы и смогут с трудом функционировать ограниченное время. 5.Промышленное производство будет остановлено полностью, в том числе и по номенклатуре изделий, необходимых для восстановительных работ в системах энергетики. 6.Войсковые части в короткие сроки потеряют боеспособность, возможность оказывать помощь населению в спасении, и органам управления – в поддержании хотя бы минимального порядка. Сбои электроэнергии могут привести к выводу из строя систем ракетного ядерного оружия, как это было на базе «Уоррен» в штате Вайоминг США г. 7.Все химически опасные объекты, в том числе повсеместно имеющиеся с аммиаком и хлором, находящимися под давлением, приходят в аварийное состояние, управлять которым невозможно – угроза повсеместных химических катастроф. 8.Использование многоэтажного жилого фонда, главным образом в мегаполисах и крупных городах становится невозможным – останавливаются лифты, размораживаются системы отопления, водоснабжения, канализация. 9.Метрополитены останавливаются. Какое-то время (1-2 месяца) их еще можно использовать в качестве убежищ, работающих на ограниченных запасах топлива резервных систем. 10.Больницы прекращают работу. 11.Социальные последствия даже трудно себе представить: десятки миллионов людей, пытаясь спасти свои семьи, приходят в движение, перемещаясь в сторону садовых и дачных участков, которые уже могут быть заняты теми, кто подошел раньше и т.д.

12 Что происходит с гелиогеомагнитной опасностью в настоящее время? В мае 2009 международная группа экспертов во главе с Национальным управлением по исследованию океанов и атмосферы (National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) и спонсируемая Национальным агентством по аэронавтике и исследованию космического пространства (National Aeronautics and Space Administration (NASA), выпустила предсказание для 24 солнечного цикла, что он достигнет максимума в мае 2013, а по уровню будет сравним с циклом, вызвавшим супербурю в 1859 году. Исследования, проведенные учеными NASA в 2010 году, подтверждают, что пик солнечной активности прогнозируется на 2013 год, призвав Правительство США начать подготовку к возможным техногенным катастрофам [Massive space storms forecast as sun awakens from «deep slumber» Daily Mail Reporter ]. Совсем недавно о важности и опасности возрастающей солнечной активности были предупреждены власти Великобритании главным ученым Правительства. Министры Великобритании готовятся встретить сильнейшую за последние 150 лет вспышку на Солнце. Она может произойти в ближайшие 18 месяцев, а по силе будет сравнима с бурей 1859 года, и оставить часть страны без электричества на несколько месяцев.

13

14 – Как эта проблема решается в мире? После бури в 1989 году, проблемой влияния космической погоды в США вплотную стали заниматься на всех уровнях. В 1994 году была создана Межведомственная национальная программа по космической погоде (The National Space Weather Program (NSWP). Одной из действующих программ является проект Солнечный Щит (Solar Shield), совместный проект НАСА и Исследовательского института Электроэнергии EPRI. В докладе по результатам рабочего совещания, проведенного NERC (Северо- Американский совет по надежности) и U.S. DOE (Департамент энергетики) в 2009 г., воздействия солнечных возмущений на единые энергосистемы относится к редким событиям, имеющим, … катастрофические последствия как в экономическом, так и в социальном плане. Доклад, одобренный управляющим комитетом (BOT NERC) в 2010 г., содержит рекомендации по развитию исследований, в том числе по организации мониторинга воздействий геомагнитных возмущений (ГМБ) на энергосистемы, прогноза возникновения, оценки опасности и выработке мер по защите энергосистем [*]. Для организация системы безопасности Европейских электроэнергетических сетей от воздействия мировых геомагнитных бурь реализуется программа EURISGIC, направленная на исследование воздействия этих возмущений на энергосистемы и разработку системы прогноза и предупреждения производителей и потребителей электроэнергии о возможной опасности. Занимаются этой проблемой по всему миру: от Канады и Финляндии, до Южной Африки и Австралии, занимаются и в более южных странах, в частности в Китае. Так мониторинг ГИТ на атомной станции в Лингао, Китай, показал, что во время геомагнитных возмущений 7-9 ноября 2004 г. пиковые значения ГИТ достигали 75,5А. И это при том, что станция находится южнее Северного тропика (230 26' 22''). (Для сравнения Кольская атомная станция находится на широте ' 57''). В Российских нормативных документах воздействия факторов, связанных с геомагнитными бурями на работоспособность ЭЭС и качество электроэнергии не рассматриваются, при проектировании систем не учитываются и при оценке рисков бесперебойной работы во внимание не принимаются, системы мониторинга не проводится. [*]High-Impact, Low-Frequency Event Risk to the North American Bulk Power System, A Jointly-Commissioned Summary Report of the North American Electric Reliability Corporation and the U.S. Department of Energys November 2009 Workshop, 2010.

15

16 Кроме этого предполагается: 1.Проведение НИОКР «Основы системы защиты электрических станций и сетей от ГИТ». 2. Разработка и начало реализации ФЦП «Защита энергетики от ГИТ». На втором и последующих этапах (после выпуска необходимых распорядительных документов и выпуска ФЦП «Защита объектов энергетики от ГИТ») предусматривается завершение работ по системе защиты для электрических станций и сетей, а также разработка и проведение аналогичных работ по другим объектам энергетики связи и транспорта (нефте-, газопроводы, железные дороги, системы управления и связи).

17 Пилотный проект 1: «Мониторинг опасных гелиогеомагнитных возмущений и вызываемых ими геомагнитно-индуцированных токов в электрических сетях "ФСК ЕЭС" по трассе Центр-Урал; разработка предложений и создание устройств по защите от геомагнитно- индуцированных токов». На основание этого проекта дана заявка на включение в Программу НИОКР ОАО «ФСК ЕЭС». Работа проводится в рамках: «Стратегии национальной безопасности Российской Федерации до 2020г.», в которой отмечена необходимость «обеспечения национальной безопасности в энергетической сфере» (п.60).

18 Задачи НИОКР. 1. Разработка концепции мониторинга и системы защиты электрических сетей от гелиогеомагнитных возмущений и генерируемых ими ГИТ. 2. Анализ вида и характера воздействий ГИТ на электросетевые объекты. 3. Разработка и изготовление 2 комплектов (по 2 датчика) системы регистрации ГИТ в нейтралях авто/трансформаторов на основе: токовых клещей с использованием эффекта Холла. 4. Организация системы сбора хранения и обработки данных; выбор и согласование размещения системы регистрации с заказчиком. 5. Разработка и изготовление 2-х опытных силовых резисторных установок ограничителей тока в сетях кВ. 6. Установка систем регистрации ГИТ и проведение измерений на автотрансформаторах линии. 7. Проведение непрерывной регистрации вариаций геомагнитного поля, скорости его изменения, обработка, сбор и передача данных в едином времени в различных режимах: раз в сутки, раз в час, в реальном времени. Получение прогностических данных. 8. Анализ результатов мониторинга и определение функции отклика энергетической системы на локальные возмущения геомагнитного поля. 9.Разработка конкретных предложений по снижению размера последствий от воздействий гелиогеомагнитных возмущений на электрические сети при их проектировании и эксплуатации.

19 Конкретное применение результатов работ в деятельности Заказчика. 1. Результаты мониторинга ГИТ позволят определить функции отклика электроэнергетической системы на локальные возмущения геомагнитного поля. 2. Будет разработана концепция и конкретные предложения на проведение мероприятий по снижению размера последствий от воздействий гелиогеомагнитных возмущений на электрические сети и станции при их проектировании и эксплуатации. 3. Будут разработаны и созданы установки ограничителей тока, уменьшающие значения ГИТ до безопасных размеров. 4. Результаты мониторинга ГИТ, гелиогеомагнитных возмущений и их прогноз позволит заблаговременно принять соответствующие мероприятия по уменьшению воздействия на электрические сети мощных геомагнитных бурь.

20 Состав кооперации организаций разработчиков комплекса. Состав кооперации организаций разработчиков комплекса. 1.Рабочая группа «Риск и безопасность» при Президенте РАН; 1.Рабочая группа «Риск и безопасность» при Президенте РАН; 2.Институт земного магнетизма им.Пушкова(ИЗМИ РАН); 2.Институт земного магнетизма им.Пушкова(ИЗМИ РАН); 3. Институт машиноведения РАН (ИМАШ РАН); 3. Институт машиноведения РАН (ИМАШ РАН); 4.ОАО «Институт «Энергосетьпроект», 4.ОАО «Институт «Энергосетьпроект», 5. Автономная некоммерческая организация «Ассоциация «Содействие защите населения» (АНО «АСЗН»); 5. Автономная некоммерческая организация «Ассоциация «Содействие защите населения» (АНО «АСЗН»); 6. Полярный геофизический институт Кольского научного центра Российской Академии наук (ПГИ КНЦ РАН); 6. Полярный геофизический институт Кольского научного центра Российской Академии наук (ПГИ КНЦ РАН); 7. Центр физико-технических проблем энергетики Севера (ЦФТПЭС КНЦ РАН). 7. Центр физико-технических проблем энергетики Севера (ЦФТПЭС КНЦ РАН). 8.Российская академия естественных наук (РАЕН). 8.Российская академия естественных наук (РАЕН). 9. ООО «Болид» 9. ООО «Болид»

21 Приложения. Приложения. 1. Содоклад: Скопинцева В.А. ОАО «Институт «Энергосетьпроект» «Влияние геомагнитно- индуцированных токов на работу электрических сетей кВ». 1. Содоклад: Скопинцева В.А. ОАО «Институт «Энергосетьпроект» «Влияние геомагнитно- индуцированных токов на работу электрических сетей кВ». 2. Содоклад: Сахарова Я.А. Полярный геофизический институт «Регистрация воздействия геомагнитных возмущений на энергетические системы в проекте EURISGIC» 2. Содоклад: Сахарова Я.А. Полярный геофизический институт «Регистрация воздействия геомагнитных возмущений на энергетические системы в проекте EURISGIC» 3. Содоклад: Наумкина И.Е. ООО «Болид» «Об отечественной разработке токоограничительных устройств типа ТОУ-Н». 3. Содоклад: Наумкина И.Е. ООО «Болид» «Об отечественной разработке токоограничительных устройств типа ТОУ-Н». 4. Заявка «Мониторинг опасных гелиогеомагнитных возмущений и вызываемых ими геомагнитно- индуцированных токов в электрических сетях "ФСК ЕЭС" по трассе Центр-Урал; разработка предложений и создание устройств по защите от геомагнитно-индуцированных токов» на включение в Программу НИОКР ОАО «ФСК ЕЭС». 4. Заявка «Мониторинг опасных гелиогеомагнитных возмущений и вызываемых ими геомагнитно- индуцированных токов в электрических сетях "ФСК ЕЭС" по трассе Центр-Урал; разработка предложений и создание устройств по защите от геомагнитно-индуцированных токов» на включение в Программу НИОКР ОАО «ФСК ЕЭС».

22 Заключение Хотелось бы еще раз подчеркнуть огромное быстродействие и чрезвычайную мощность рассматриваемой угрозы. По максимуму – это возвращение из индустриальной формы развития цивилизации, обратно в аграрную. На грань уничтожения будет поставлено большинство населения страны, особенно в мегаполисах в зимний сезон. Отстранение от решения этой проблемы можно сравнить с игрой в «русскую рулетку», где в роли пистолета выступает Солнце. Мы призываем Вас, уважаемые коллеги, подключиться к решению этой острейшей проблемы уже сегодня и, в первую очередь, довести ее до сведения лиц, принимающих решения в институтах, акционерных обществах, компаниях, министерствах, Правительстве РФ. Хотелось бы еще раз подчеркнуть огромное быстродействие и чрезвычайную мощность рассматриваемой угрозы. По максимуму – это возвращение из индустриальной формы развития цивилизации, обратно в аграрную. На грань уничтожения будет поставлено большинство населения страны, особенно в мегаполисах в зимний сезон. Отстранение от решения этой проблемы можно сравнить с игрой в «русскую рулетку», где в роли пистолета выступает Солнце. Мы призываем Вас, уважаемые коллеги, подключиться к решению этой острейшей проблемы уже сегодня и, в первую очередь, довести ее до сведения лиц, принимающих решения в институтах, акционерных обществах, компаниях, министерствах, Правительстве РФ. В целом, решение этой проблемы согласуется с предложением Д.А.Медведева о необходимости создания международного механизма предотвращения и локализации техногенных и природных катастроф, «особенно если они приобретают трансграничное измерение», высказанное им после саммита БРИКС в Китае. В целом, решение этой проблемы согласуется с предложением Д.А.Медведева о необходимости создания международного механизма предотвращения и локализации техногенных и природных катастроф, «особенно если они приобретают трансграничное измерение», высказанное им после саммита БРИКС в Китае.

23 Спасибо за внимание Спасибо за внимание