Современные, стабильные, надежные

Ядерная энергетика в сочетании с умными сетями электроснабжения (двусторонними сетями, которые соединяют производителей с потребителями с использованием новых технологий) может помочь странам перейти на низкоуглеродные источники электроэнергии и обеспечить надежное, стабильное и устойчивое энергоснабжение.

Многие страны занимаются диверсификацией структуры используемых ими источников низкоуглеродной энергии, чтобы содействовать декарбонизации своей экономики и достижению целей в области борьбы с изменением климата. Эти усилия ведут к глобальному сдвигу в сторону возобновляемых источников энергии, однако сами по себе эти источники не способны полностью и надежно удовлетворить спрос.

«Низкоуглеродные возобновляемые источники энергии благоприятны с точки зрения экологии, но они не всегда легко поддаются контролю и не способны бесперебойно удовлетворять спрос ввиду прерывистого характера энергии солнца и ветра, а также отсутствия крупных мощностей для хранения энергии. Это означает, что электросети часто требуются дополнительные источники энергии, — объясняет Анри Пайер, руководитель Секции планирования и экономических исследований МАГАТЭ. — С появлением большего числа разнообразных источников энергии, попадающей в систему, электросети должны были стать более гибкими и адаптируемыми, чтобы обеспечивать надежное и устойчивое энергоснабжение».

Ядерная энергетика может вырабатывать низкоуглеродную энергию 24 часа в сутки 7 дней в неделю. Она обеспечивает энергетическую безопасность, необходимую странам для перехода к низкоуглеродным энергетическим системам. Благодаря гибкости эксплуатации, АЭС могут дополнять переменную генерацию энергии с помощью возобновляемых источников энергии, а за счет инерции своих больших паровых турбин эти электростанции могут также помогать стабилизировать сети и обеспечивать экологически чистое и надежное энергоснабжение.

Традиционно электросети полагались на включение и отключение электростанций, использующих органическое топливо, такое как уголь и природный газ, для удовлетворения спроса на энергию, когда он превышал предложение.

Умные электросети же могут принимать множество различных источников энергии и динамически переключаться между ними, в отличие от традиционных энергосистем, которые обладают меньшей гибкостью. Умные сети существуют уже какое-то время, однако последние технологические достижения вывели их на новый уровень. Умные сети могут использовать новейшие технологии, такие как искусственный интеллект и «Интернет вещей» (система подключенных через Интернет компьютеров и устройств, которые могут динамически обмениваться данными и действовать на их основе), для сбора информации, повышения эффективности работы и автоматизации процессов.

Например, умная электросеть может с помощью создаваемых искусственным интеллектом прогнозов предугадывать пасмурные или безветренные дни и динамически переключаться с генерации при помощи энергии солнца или ветра на альтернативные источники, такие как ядерная энергия, для обеспечения бесперебойного снабжения. Искусственный интеллект может также прогнозировать возможные районы возникновения и продолжительность неблагоприятных погодных условий и передавать сети сигнал о необходимости увеличения и диверсификации производства на случай повреждения линий электропередачи.

В случае обрыва линии электропередачи или отключения электроэнергии установленные в сети датчики и устройства системы «Интернет вещей» могут сообщать операторам сети о необходимости проведения ремонтных работ и перенаправления электроэнергии или ее получения из другого источника.

В случае традиционных электросетей степень воздействия непогоды можно было оценить только постфактум. Таким образом, если вы живете дальше места повреждения линии электропередачи, это зачастую означает отсутствие электроснабжения до окончания ремонтных работ. За счет способности находить альтернативные решения для производства и передачи электроэнергии умные сети обладают большей устойчивостью и могут сокращать продолжительность отключений потребителей от электроснабжения.

Например, в компании «Электрисите де Франс» (ЭДФ), являющейся одним из крупнейших мировых производителей электроэнергии, некоторые из инновационных технологий умных сетей, разработка которых идет в настоящее время, включают в себя использование 5G — технологии мобильного Интернета нового поколения — для поддержки технологии «Интернет вещей» и развития более эффективных гибридных сетей для передачи электрических токов. Также идет внедрение технологий блокчейн, которые обеспечивают весьма надежный способ отслеживания и обработки информации об операциях, для сертификации того, где и в каком количестве производится чистая энергия. ЭДФ использует метод под названием «цифровые двойники», чтобы создавать виртуальную среду для прогнозирования потребностей в обслуживании сети и сокращения расходов на ремонт.

«Наши научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в области умных сетей направлены на решение целого ряда задач. Мы также учитываем ожидания общества в отношении более экологически чистой электроэнергетической инфраструктуры и готовимся к рискам, таким как воздействие изменения климата, кибербезопасность и обеспечение устойчивости сетей перед лицом потенциальных кризисов, — говорит Бернар Саля, директор по НИОКР в ЭДФ. — Разумеется, любой новый метод, становящийся возможным благодаря увеличению вычислительных мощностей, будет опробован на существующих моделях для повышения их точности».

Как говорит старший сотрудник МАГАТЭ по ядерной безопасности Диан Заградка, оценка воздействия этих технологических достижений является важной частью этого процесса: «Новые технологии несут пользу только в том случае, если они безопасны. В соответствии с нормами безопасности МАГАТЭ любые изменения конструкции, включая использование технологий искусственного интеллекта и «Интернета вещей», проходят строгую оценку безопасности для определения любого воздействия, которое такие изменения и усовершенствования могут оказать на АЭС и характер их взаимодействия с электросетями. МАГАТЭ организует технические совещания для обсуждения потенциальных последствий и обмена опытом использования этих технологий на АЭС».

Инерция сети и ядерная энергия

Умные сети позволяют активно подключать и динамически использовать большее число источников энергии. Однако это также ведет к увеличению колебаний электрической частоты и, следовательно, уменьшению стабильности.

Электросеть работает на определенной частоте и сконструирована так, чтобы оставаться в определенном диапазоне, обеспечивающем стабильное энергоснабжение. Изменения в частоте происходят непрерывно, при любом включении или выключении электрических устройств. Они обычно поглощаются производящими электроэнергию движущимися элементами источника энергии, такими как вращающиеся турбины на АЭС или электростанциях, использующих органическое топливо.

Эта тяжелая вращающаяся масса может немного укорять или замедлять свое движение, действуя как поглощающее устройство, помогая уравновесить колебания частоты и сгладить резкие изменения. Характер движения этих элементов и их влияние на энергию в сети называется инерцией сети.

Однако возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия, не имеют таких движущихся элементов. У других возобновляемых источников энергии, которые имеют такие движущиеся элементы, как, например, ветряные турбины, эти движущиеся части не подключены непосредственно к сети, а работают через преобразователь частоты, что означает, что они не обладают необходимой инерцией сети.

«Без инерции сеть имеет ограниченную способность поглощать колебания и может утратить стабильность, — объясняет Шеннон Брэгг-Ситтон, национальный технический директор интегрированных энергетических систем в Айдахской национальной лаборатории в Соединенных Штатах. — Она также становится особенно уязвимой перед значительными изменениями, такими как внезапное отключение источника энергии, большое изменение чистой нагрузки или серьезный сбой в передаче. Эти изменения могут вызывать неожиданный переизбыток или недостаток электроэнергии и возможные в этой связи отключения снабжения электроэнергией. Ядерная энергетика может содействовать решению этой проблемы, обеспечивая стабильность, необходимую для работы сети».

МАГАТЭ оказывает странам поддержку в оценке надежности и устойчивости электросетей, в том числе с использованием ядерной энергии, посредством публикаций, семинаров и технических совещаний. МАГАТЭ также помогает налаживать связи между ядерной отраслью и заинтересованными сторонами в секторе электросетей, предоставляя им возможность обмениваться информацией, делиться положительной практикой и обсуждать общие задачи и возможности. Эти мероприятия помогают странам наметить свои энергетические стратегии, направленные на достижение энергетической безопасности и устойчивости.