Трёхкиловаттные чайники, телевидение без рекламы, или почему британские энергетики смотрят мыльные оперы на работе

^[1]
С 1945 года в каждом британском танке есть оборудование для приготовления чая. Один из представителей Boiling Vessel.

«Война токов ^[2]» закончилась не в пользу лагеря Эдисона. Мир предпочёл передавать энергию в цепях переменного электрического тока, а постоянный получать из него выпрямлением при необходимости. Для передачи энергии на большие расстояния нужны высоковольтные линии, а повышать напряжение постоянного тока без значительных потерь и механизмов с движущимися частями ^[3] научились только к шестидесятым годам прошлого века. На тот момент вопрос о выборе природы энергосетей будущего уже не стоял.

Для передачи переменного тока на расстояние его напряжение повышают трансформаторами до десятков, сотен, тысяч ^[4] киловольт и пускают по ЛЭП. По прибытии к потребителю трансформаторы понижают напряжение тока до нужных значений. И лишь если какая-то электроника требует постоянный ток, прибегают к выпрямителям тока. Высоковольтные линии постоянного тока ^[5] всё же существуют, но чаще всего для передачи энергии по подводным кабелям, где высокая ёмкость кабеля вызывала бы высокие потери на реактивную мощность ^[6] переменного тока.

Итак, мир опутан вышками ЛЭП. Но выработка и передача — это лишь половина беды. Режим работы энергосети определяет не электростанция, а потребитель. В чём-то ситуацию можно сравнить с клиент-серверной архитектурой веб-сайтов: у большого сайта должно быть достаточно серверов, или часть пользователей не дождётся загрузки страниц. В энергосетях ситуация осложняется невозможностью напрямую куда-то положить избыток вырабатываемого или взять недостающее в критический момент. В любой момент времени должен соблюдаться баланс.

Если энергии вырабатывается недостаточно, то частота переменного тока пойдёт вниз. Если электростанции недогружены, и в сети избыток энергии, то частота повышается. Примерно так же двигатель с избыточной или недостаточной нагрузкой крутит колёса автомобиля медленнее или быстрее, соответственно. Обычно частота колеблется вокруг номинальной на десятых и сотых долях герца. К примеру, так ^[7] вчера колебалась частота переменного тока в Единой энергетической системе России.

^[8]

Логично объединить все электростанции и всех потребителей одной энергосистемой. Так будет легче «сгладить» пики и спады потребления. В этом случае все электрогенераторы энергосети (то есть регионов, страны или даже нескольких стран) должны работать синхронно, на одних и тех же частоте и фазе. Рассинхронизация означает, что генераторы электростанций начнут работать друг против друга, изнашивая ЛЭП убытками в виде бесполезной реактивной мощности. Вообще, любая ошибка означает, что потребители — от важных производств до обычных людей — рискуют остаться без света.

Есть два метода повышения падающей частоты тока в энергосистеме: либо добавить производителей тока, либо отключить нагрузку. Параметры нагрузки определяет потребитель, а отключение потребителей для диспетчера — одна из крайних мер. К примеру, стандарт «Системного оператора Единой энергетической системы» «Правила предотвращения развития и ликвидации нарушений нормального режима электрической части энергосистем ^[9]» (СТО 59012820.29.240.007-2008) допускает отключение потребителей при достижении частоты ниже 49,80 герц и исчерпании резервов.

Для балансировки нагрузки используют пиковые электростанции, то есть те, которые помогают справиться с резким ростом энергопотребления на короткие промежутки времени. Это означает, что такая электростанция должна за минуты развивать полную мощность или останавливаться.

Запуск обычной паровой турбины из холодного состояния — медленный процесс, он занимает не менее трёх суток ^[10]. Поэтому в сглаживании пиков помогают газотурбинные ^[11], обычные и аккумулирующие ^[12] гидроэлектрические ^[13] станции. Также существуют полупиковые установки ^[14], которые имеют ограниченный предел для манёвров.
^[15]

А ещё в арсенале энергетиков есть знание, когда ожидать большую нагрузку. Оно продиктовано статистикой и обычными житейскими наблюдениями. В шесть утра в городах начинается движение: люди встают, включают свет, готовят еду, добираются до рабочих мест на электротранспорте. Вечером они возвращаются домой по освещённым улицам, включают бытовую электронику и готовятся ко сну. После полуночи наступает ночной провал, когда основными потребителями энергосистем остаются двух- (редко) и трёхсменные производства.

^[16]

Свет на туманном Альбионе

Итак, к чему эта теория? В дополнение к обычным пикам нагрузки в Соединённом Королевстве сформировалась уникальная ситуация, которая вряд ли встречается где-то ещё в мире. Она связана с несколькими факторами.

Как и в России, в бытовых розетках Великобритании обитает переменный ток частотой 50 герц напряжением 230 вольт. Сами розетки чуть отличаются от других европейских стандартов ^[17]. В тип G ^[18] встроен предохранитель и заземление, розетки поляризованы, то есть известно, на каких контактах «фаза» и «ноль».

Развиваемая мощность — это произведение тока на напряжение. Если бы в Британии был распространены американские 110 вольт, то для той же мощности потребовалось бы больше тока. А отсюда проводники с более толстым сечением. Поэтому в Британии возможны нагревательные приборы высокой мощности. Приборы, которые способны вскипятить воду быстрее ^[19].

Стереотип рисует британца как большого любителя чая. Менее известно, что британцы чаще всего пользуются электрочайниками, а не греют воду на газу. Ждать, пока вода вскипит — абсолютно недопустимо. Британские электрочайники развивают неплохую мощность. В двадцатке ^[20] самых продаваемых на Amazon.co.uk 15 кипятят воду с мощностью в 3000 ватт. Для сравнения: в России чайники чаще двухкиловаттные, трёхкиловаттные покупать не рекомендуют ^[21] из-за опасений о плохой проводке.

Кроме чая у Британии есть развитая система телевидения со своими особенностями. Британцы отдают предпочтение всего нескольким крупным каналам. Хотя новички отбирают зрителей, большие сети сохраняют лидерство. На 2015 год у 15 каналов было почти 65 % всей аудитории.

^[22]
Данные по распределении аудитории за 2008 год.

Старейшим в мире и крупнейшим в Британии является телерадиовещатель «Би-Би-Си», на три четверти спонсируемый налогом на телевизоры ^[23]. Каждая из британских семей, которая смотрит или записывает телепередачи, должна получить телевизионную лицензию. За лицензию нужно ежегодно платить: 145,50 фунтов (≈11 тыс. ₽) за цветной телевизор, 49 фунтов (≈3,8 тыс. ₽) за чёрно-белый. И пусть лишь каждый десятый ^[24] британец согласен с размерами налога, но эти деньги добавляют британскому телевидению несколько уникальных черт.

На BBC One нет коммерческой рекламы ^[25]. Передачи не прерываются. Когда они заканчиваются, могут показать несколько роликов про другие передачи или сообщения о кампаниях благотворительности. Середину серии нет смысла обрывать на интересном моменте, чтобы зрители не переключились куда-то ещё во время рекламной паузы.

Как результат, британские энергетики вынуждены смотреть «Би-Би-Си» и срочно корректировать запросы энергосети. По окончании передач, которые не прерываются рекламой, британцы немедленно включают электрочайники и открывают холодильники. Явление получило название TV pickup ^[26].

Бедняге каждый вечер нужно смотреть Eastenders ^[27].

Скачки происходят вечером, к примеру, к девяти, когда сразу несколько популярных телепередач кончаются или, на тех каналах, где она есть, уходят на рекламу. Типичный скачок — это внезапные ^[28] 200—400 мегаватт из ниоткуда, крупные мыльные оперы сулят около 700—800 МВт. Это заметный пик: в 2007 году обычно вечером Англия, Шотландия и Уэльс жили на 41 000 мегаватт (41 ГВт).

Но это лишь типичные случаи, будни диспетчера британской энергосети. 4 июля 1990 года во время матча Чемпионата мира по футболу между Британией и Германией послематчевые пенальти потребовали кипятка для чая на 2,8 гигаватт. Утром 11 августа 1999 года британцы проявили интерес к солнечному затмению, и потребление упало на 500 мегаватт. После 11:15 утра они вернулись по домам и рабочим местам, потребление выросло ^[29] сразу на 3 гигаватта.

Свадьба королевской семьи, атлетическое состязание, популярный сериал — всё это приковывает людей к экранам в одно и то же время. Затем миллионы электрочайников включаются по всей Британии, чем создают серьёзное испытание для энергосети острова. Возможно, в будущем проблему смогут решить умные чайники, которые включаются сами или дистанционно. А пока TV pickup — это способ смотреть телевизор на работе для британских энергетиков и ещё один забавный стереотип о чае в Соединённом Королевстве.

Статус национальной энергосети Великобритании ^[30]

Автор: atomlib

Источник ^[31]