Безопасность энергосистемы страны обеспечивается за счет распределенной генерации

Бывший председатель Федеральной комиссия по регулированию в области энергетики Джон Веллингхоф о безопасности энергосистемы и распределенной генерации

Chip Register, CEO of Sapient Consulting

Источник: http://www.forbes.com/sites/chipregister1/2015/02/03/former-ferc-chief-jon-wellinghoff-speaks-out-on-grid-security-and-distributed-generation/

В предыдущей статье я рассказал о своей беседе с бывшим шефом ЦРУ Джимом Вулси, в ходе которой мы обсуждали одну из самых больших угроз национальной безопасности США, а именно уязвимость нашей энергосистемы. Вулси более десяти лет был обеспокоен той легкостью, с которой террористическая группа или кто-то другой (Северная Корея, например) может ввергнуть страну в темноту на несколько месяцев или даже лет. И если вам такая перспектива кажется надуманной, вспомните как в 2003 году вышла из строя одна ветка в Огайо и весь северо-восток и часть Канады погрузились во тьму на несколько дней.

Вулси рассказал о воздействии электромагнитного импульса, порождаемого атомным взрывом, в результате чего различные виды электронных устройств выйдут из строя. Радио, телевидение, телефоны и электростанции будут «поджарены изнутри» в результате такого события. Надолго! Не будет денег, тепла, воды в водопроводе, не будет медицины и полиции. Только тьма!

Цитируемые Вулси результаты исследований свидетельствуют о том, что две трети населения страны умрут от голода, болезней, отсутствия социальных услуг и насильственных действий только в первые 12 месяцев после такого события.

И, что хуже всего, мы даже никогда не узнаем, что стало причиной, потому что не будем иметь возможности расследовать причины, не говоря уже о том, чтобы предпринять ответные действия.

Другие методы вывода энергосистемы из строя включают кибер-атаку или серию скоординированных взрывов (с использованием обычных взрывчатых веществ, подобно тому, как это было в Оклахома-Сити в 1995 году), направленных на региональные узлы сети или крупные подстанции.

Jon Wellinghoff

Здесь мы продолжим обсуждение этой темы с бывшим председателем Федеральной комиссии по регулированию в области энергетики (Federal Energy Regulatory Commission, FERC) Джоном Веллингхофом (Jon Wellinghoff).

Веллингхоф тоже в течение многих лет говорит об этой уязвимости. Но он несколько иначе представляет себе меры по обеспечению безопасности энергосистемы. В то время как многие эксперты говорят о необходимости выделения нескольких миллионов долларов для защиты сети от возможных атак, Веллингхоф считает, что строительство стен приведет только к тому, что организаторы потенциальных атак создадут более длинную лестницу.

По мнению Веллингхофа правильный ответ на угрозы энергосистеме страны состоит в том, чтобы основательно перестроить систему, перейдя от структуры, которая основана на нескольких крупных узлах (их, вероятно, менее дюжины), каждый из которых является критическим элементом для работоспособности системы, к «распределенных сетям» — сотням малых энергосистем, которые, конечно, могут подвергнуться индивидуальной атаке посредством обычного или ядерного взрыва либо с помощью кибер-атаки, но выход из строя одного из них не станет причиной отказа всей системы в целом.

Ниже идет изложение нашего разговора о политическом лидерстве, новых стимулах и возобновляемых источниках энергии, которые могли бы способствовать процессу создания распределенной энергосистемы и привести к более безопасному и экологичному будущему для всех нас.

Каково состояние с безопасностью энергосистемы страны на сегодняшний день? Насколько мы защищены от физической или кибер-атаки?

Я думаю, что мы находимся в ситуации очень низкого уровня безопасности, в основном из-за существующей конфигурации электросетей. В настоящее время она построена на основе централизованных пунктов генерации, энергия которых поступает на высоковольтные подстанции, а оттуда уже потребителям. Это централизованная система распределения представляет собой массив из уязвимых узлов с точки зрения кибер и физической безопасности.

Приведите примеры некоторых из этих уязвимостей.

В первую очередь это узловые высоковольтные подстанции. Если они подвергнутся нападению какого-либо рода, будь то кибер-атака, электромагнитный импульс или обычная бомбардировка, это может иметь дестабилизирующий эффект для всей энергосистемы.

Что такое узловые высоковольтные подстанции и как они могут быть атакованы?

Техасская, Восточная и Западная энергосети США

Узловая высоковольтная подстанция — это одна из многочисленных высоковольтных подстанций, входящих в состав трех главных энергосетей, образующих Северо-американскую энергосистему: Техасскую, Восточную и Западную энергосети. Узловые подстанции являются своего рода точками сбора внутри энергосетей, в которые поступает энергия от нескольких электростанций, которая затем распределяется по центрам нагрузки. Эти узловые станции, если они будут выведены из строя в результате кибер- или физической атаки, окажут дестабилизирующее воздействие на всю энергосистему страны. Ремонт этих узловых станций требует очень большого времени, потому что конструкция каждой станции индивидуальна. Так что если выйдет из строя несколько станций, потребуется много недель или месяцев для приведения системы к нормальному функционированию. А тем временем страна будет ввергнута в хаос.

Как же мы можем защитить эти узловые станции?

Сделать можно многое. Мы можем физически защитить эти узлы, усиливая меры безопасности вокруг них, но полностью защитить их от физических или кибер-атак невозможно. Если мы поставим файервол для препятствия действиям хакеров, они в конце концов все равно найдут способ обойти его. Нужно будет ставить более мощный файервол. Это никогда не кончится. Мы должны в принципе изменить способ нашего мышления.

Так где-же решение?

Мы должны изменить организацию энергосистемы вместо того, чтобы строить все более высокие стены вокруг нее. Это может быть сделано путем перехода от централизованной к распределенной архитектуре сети, в которой генерация энергии рассредоточена по сети.

Вы имеете в виду рассредоточенную генерацию?

Да, правильно. Распределенную генерацию.

Можете вы пояснить, что такое распределенная генерация и как она сделает энергосистему безопаснее?

Распределенная генерация — это перенос генерации к центрам потребления, в отличие от сегодняшней архитектуры сети, когда генерация осуществляется в местах, удаленных от потребителей. При этом рушится архитектура, основанная на централизованных узлах, и вместо нее создается много микро- и субрегиональных сетей. Так что если будет предпринята атака на какой-то узел, это не приведет к выходу из строя всей энергосистемы. То есть мы должны думать о другой архитектуре сети и осознать и оценить тот уровень поддержки и безопасности, который предоставляется при распределенной генерации.

Может вы привести пример того, как может выглядеть распределенная сеть и как в этом случае будет вырабатываться энергия?

Распределенная сеть может получать энергию множеством способов — от генераторов на природном газе до ветровых турбин и солнечных электростанций, установленных у вас дома. Самое важное — это то, что они размещаются в пределах небольшого региона и могут продолжать функционировать даже если произошел какой-то серьезный сбой в работе главной энергосистемы. Солнечные установки — очень хороший пример. Если каждый дом будет иметь солнечные панели на крыше, мы можем эффективно распределить генерацию энергии таким образом, что узловые станции уже не будут иметь такого значения. Хакер может легко вывести из строя узловую станцию, но практически невозможно «хакнуть» 10 миллионов систем получения солнечной энергии.

Это потребует нескольких десятилетий усилий, правильно? Тем временем, энергосистема остается в значительной степени подвержена воздействию либо кибер или обычными средствами. А есть ли что-то, что можно сделать сейчас, чтобы защитить энергосистему страны?

Как быстро мы перейдем к распределенной генерации зависит от того, как скоро мы осознаем важность такого перехода. Но вы правы, потребуется какое-то время на то, чтобы правительство и коммунальные службы смогли обеспечить безопасность сети. Появляется все новые виды угроз, что делает защиту энергосистемы в наше время очень сложной. Только подумайте о том, что в наше время любой человек может купить на eBay десяток дронов, нагрузить их взрывчаткой и заставить сбросить бомбы на критические узлы энергосети. Такой угрозы не существовало пять лет назад.

Что могут сделать люди, чтобы защитить себя?

Люди начинают понимать, что им нужно отказаться от подключения к централизованной энергосистеме и перейти на локальные источники энергии. По той причине, что внешние угрозы будут оставаться проблемой для системы до тех пор, пока мы не получим достаточного количества распределенных источников энергии. Я уже установил солнечную фотоэлектрическую систему, которая обеспечивает 100% моих потребностей в энергии. Сейчас я думаю о том, как полностью отказаться от подключения к централизованной сети. И это касается не только меня, военные переходят на микро-сети на всех своих базах, потому что они понимают угрозы, возникающие в случае отключений этих баз от источников энергии.

Так почему же правительство и электротехническая промышленность не предпринимают усилий по переходу на распределенную генерацию?

В одно время был предложен ряд законодательных актов, предоставляющих FERC дополнительные полномочия для смягчения известных угроз и уязвимостей в энергосистеме, но эти предложения не были приняты.

А почему?

Политика. Электротехническая промышленность не имеет стимулов для развития распределенной генерации, поэтому они противятся любому изменению статус кво. Новые стандарты, предлагавшиеся FERC, были заблокированы, потому что они приняли стандарты, написанные Северо-Американской корпорацией надежного обеспечения электроэнергией (North American Electricity Reliability Corporation, NERC), которая контролируется электротехнической промышленностью. Я много раз говорил, что для меня не важно, будут ли полномочия даны FERC, Министерству национальной безопасности, Департаменту энергетики или какому-то другому агентству. Для меня это не имеет значения; но необходим мандат национального уровня для принятия более строгих стандартов. Пока что не удалось достигнуть приемлегого компромисса между спонсорами конгресса, FERC и электротехнической промышленностью.

Почему коммунальные предприятия враждебно относятся к изменениям в этой сфере?

Распределенная модель пугает коммунальные службы потому, что она нова и предоставляет населению больше возможностей контроля. Это реакция устаревшей промышленности, которая очень консервативна и стремится оглядываться назад, а не смотреть вперед. Естественная тенденция со стороны коммунальных служб заключается в стремлении вкладываться в обеспечение безопасности и улучшение внешней защиты электростанций, вместо того, чтобы оценить возможности вложений со стороны потребителей в распределенную генерацию. Но, как я говорил выше, вряд ли можно что-то существенное сделать, чтобы защитить энергосистему, основанную на сегодняшней архитектуре.

Так куда же нам двигаться?

Главное — правильно оценивать значение распределенных ресурсов. Таким образом мы сможем быстрее двигаться к распределенной системе, состоящей из региональных подсетей, которая будет меньше подвержена атакам. У нас есть возможность структурировать рынок энергосистем, что могло бы сделать его более надежным и безопасным, используя распределенную генерацию.

С точки зрения Веллингхофа, защита нашей централизованной энергосистемы от всех видов атак — от бомбового удара с последующим электромагнитным импульсом до кибер-атак — это никогда не кончающееся движение. Мы, конечно, должны делать все, что сейчас можем, но самый лучший способ использования имеющихся ресурсов состоит в реконфигурации сети, превращения этого централизованного Голиафа, который может быть сбит с ног одним булыжником, в сотни энергосистем меньшего размера. К ним должны быть подключены тысячи или даже миллионы генерирующих источников, типа солнечных установок на крышах домов, ядерных микро-электростанций и других инновационных установок.

В идеале, вместо того, чтобы тратить деньги на возведение более высоких стен вокруг существующих источников генерации, по мнению Велингхофа нужно побуждать потребителей и сетевые компании вкладываться в эти технологии, и приспосабливать к ним национальную инфраструктуру. Только таким путем можно достичь более безопасного и экологичного будущего.