«Гелиогеомагнитная опасность для объектов электроэнергетики России, организация мониторинга и системы защиты электрических ста

Возмущение геомагнитного поля 13.03.1989

Карта рисков от будущих геомагнитных штормов для Северного полушария

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

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.

2-ая синхронная
зона –
Юго-Восточная
Европа

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 2012-2013 годах и необходимости проведения как национальных, так и межнациональных программ по мониторингу и защите от ГИТ.

Внешние:
изменение космической
погоды
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

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 14.06.2010].
Напряженность геомагнитного поля
(не в масштабе)
2
1
3

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

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 23.10.2010г.
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.

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 14.06.2010].
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.

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 670 21' 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 Energy’s November 2009 Workshop, 2010
.

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).

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).

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 110-500 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.

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.

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

Приложения.
1. Содоклад: Скопинцева В.А. ОАО «Институт «Энергосетьпроект» «Влияние геомагнитно-индуцированных токов на работу электрических сетей 220-750 кВ».
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».
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».

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.
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.