Pillanatok alatt sötétült el az Ibériai-félsziget – Felkészül a többi uniós tagállam?
Történelmi áramszünet bénította meg Spanyolországot és Portugáliát, amikor az Ibériai-félsziget elektromos hálózatában hétfő délután dominóhatás indult el. A háttérben valószínűleg a megújuló energiák túlsúlya és az alacsony rendszerinercia állt, ami drámai gyorsasággal sodorta a hálózatot az összeomlás szélére. A szakértők szerint az eset rávilágít arra, hogy új megoldásokra lesz szükség Európa energiarendszereinek stabilizálására.
Hétfő délután fél egy tájban az Ibériai-félsziget elektromos hálózatában egy dominóhatás indult el, amely rövid idő alatt óriási áramszünethez vezetett. A következmények drámaiak voltak: leálltak a nagyvárosok metrói, egyszerre hunytak ki a közlekedési lámpák, és kórházak tucatjai kényszerültek vészhelyzeti dízelgenerátorokra átállni
Az, hogy ezt mi okozhatta, megoszlanak a vélemények:
Kezdetben felmerült egy esetleges kibertámadás gyanúja, amit azóta már többször tagadtak vagy éppen erősítették meg a gyanúját:
Ezzel párhuzamosan a spanyol rendszerüzemeltető (Red Eléctrica – REE) szerint nem az, hanem egy rendkívül szokatlan időjárási jelenség okozhatta a problémát – bár azóta ez az elmélet is megdőlni látszik.
A legutolsó hírek szerint egy rejtélyes, öt másodperc alatt történt eseménysorozat okozta az áramszünetet, amely az ország délnyugati régiójában zajlott le.
Fogalmazzunk úgy, hogy egyelőre a szakértők is csak találgatnak azzal kapcsolatban, hogy mi lehetett a valódi kiváltó ok. Amit viszont kijelenthetünk, hogy
a felsorolt események bármelyike aktiválhatta a hálózat beépített védelmi automatizmusait.
Egyben ez azt is jelenti, hogy a kieső vezetékszakasz (vagy erőművek) frekvenciaeltérést idézhetett elő a rendszerben, amely dominóhatást indított el, és végül a teljes hálózat összeomlásához vezethetett.
Itt érdemes megemlíteni, hogy az áramhálózatok egy stabil frekvenciatartományra vannak beállítva, ami Európa esetében az 50 Hertz (Hz). Az átviteli- és elosztóhálózatokon az elektromos áram lényegében oda-vissza „rezeg”, ami a váltakozó áram (AC) tulajdonsága. Ez a rezgés másodpercenként megtörténik egy bizonyos számban – ezt hívjuk frekvenciának.
Márpedig minden berendezést erre a frekvenciatartományra állítanak be (például az otthoni háztartási gépeket), ezért túl alacsony- vagy magas frekvenciatartomány esetén ezek működése nem lesz megfelelő. Ha a fogyasztás meghaladja a termelést, akkor a frekvencia leesik. Míg többlet termelés esetén a frekvencia megugrik.
A hibasorozat 12:30 körül kezdődött. Először Madrid és Zaragoza térségében ment el az áram, majd perceken belül elsötétült Lisszabon agglomerációja és Porto is. Rövid ideig még Dél-Franciaország baszkföldi régiójában is jelentkeztek kimaradások, hiszen Európában a határokon átnyúló csatlakozási pontokon (interkonnektorokon) keresztül erős villamosenergia-hálózati kapcsolatok működnek az egyes országok között.
Azt is hozzá kell tenni, hogy annyiban „szerencséje” volt az európai régiónak, hogy egy területileg (áramhálózati szempontból) jobban elszeparált helyen történt mindez. Ugyanis gondoljunk csak bele, hogy mi lett volna, ha Németország jár így. Abban az esetben valószínűleg sokkal több országra átterjedt volna a probléma.
A többi ország is felkészülhet?
Felmerül a kérdés: miért vezetett ekkora kieséshez egyetlen hiba? A válasz az Ibériai villamos hálózat sajátosságaiban rejlik
ami egyre inkább jellemző lesz Európa egészére is.
Spanyolország az áramszünet idején szinte teljesen megújuló energiára támaszkodott. A déli órákban, az eseményt megelőzően – 12:30-as adatok szerint – a termelés nagyjából 64%-át nap- és szélenergia adta:
Ezzel szemben a hagyományos, forgómotoros erőművek, például gázerőművek (utóbbinak nagy jelentősége van a probléma megértéseben) csak minimális szerepet játszottak. A gáztüzelésű erőművek teljesítménye megközelítőleg 1 GW volt ekkor, ami nagyjából 5%-os részarányt jelentett a teljes termelésből.
És itt jön a lényeg:
ilyen körülmények között a villamosenergia-rendszer tehetetlensége (inercia) nagyon alacsony.
Az áramhálózaton az inercia a szinkrongenerátorok (például a hagyományos erőművek, mint a szén-, gáz vagy atomerőművek) turbinái forgása közben tárolt mozgási energia, amely segít stabilan tartani a hálózati frekvenciát.
A szinkrongenerátor egy olyan villamos gép, amely forgómozgásból (pl. gőz, víz vagy gáz által hajtott turbina) állít elő váltakozó áramot úgy, hogy a forgórészének fordulatszáma szinkronban van a hálózat frekvenciájával – innen származik a neve.
És ahogy azt már fentebb említettük, ha a termelés és fogyasztás közötti egyensúly megbomlik – például hirtelen kiesik egy erőmű vagy hirtelen megnő a fogyasztás –, akkor a rendszer frekvenciája elmozdul a kívánt 50 Hz-ről. A rendszerben található inercia viszont képes arra, hogy ilyenkor „megtámassza” az elektromos hálózatot mert a forgó gépek még rövid ideig pörögnek tovább (kinetikus energiájuknak köszönhetően), így megtartják a frekvenciát és időt adnak arra, hogy a rendszerüzemeltető belépjen és megkezdje a szükséges szabályozást.
Alacsony inercia esetén, amikor kevés ilyen hagyományos erőmű van bekapcsolva a hálózatra, a frekvencia sokkal gyorsabban tud bezuhanni – hiszen kiveszik a támaszt a hálózat alól. Ez pedig növeli a rendszer összeomlásának (blackout) kockázatát.
Csakhogy az időjárásfüggő megújuló termelők (nap- és szélerőművek) nem hagyományos forgógépek, hanem elektronikus invertereken keresztül csatlakoznak a hálózatra, ezek viszont nem járulnak hozzá az inercia fenntartásához.
Más szóval: egy apró zavar is sokkal gyorsabban és nagyobb mértékben billentheti ki a hálózatot a stabil frekvenciatartományból, ha nincs elég hagyományos forgó gép a rendszerben.
A védelmi mechanizmus pedig éppen akkor következett be, amikor a spanyol villamos rendszer magas megújuló részaránnyal üzemelt, így a védelmi mechanizmusok által kiváltott frekvenciaingadozást nem tudták kellően tompítani a hagyományos erőművek – lényegében nem volt elég idő rá, hogy a frekvenciatartó tartalékkapacitások belépjenek a hálózatra.
A lenti ábra szerint jelen esetben egy közel 0,15 Hz-es eltérés volt a hálózaton, ami jelentősnek számít már:
Ha a frekvencia a normál üzemi tartományon (50 Hz) kívülre esik, az már problémát jelezhet: minél inkább kiugróak ezek az értékek, annál nagyobb beavatkozásra (kiegyenlítésre) lehet szükség a hálózaton. Rendkívüli esetben, ha a frekvencia már egy bizonyos szint alá kerül, akkor a hálózati berendezések automatikusan lekapcsolnak saját védelmük érdekében – ahogy azt fentebb is említettük.
Mi az a „black start”?
Ekkora áramszünetnél felmerül a teljes újraindítás kérdése. A „black start” (amit nehéz magyarra lefordítani, de ebben az esetben legyen csak egyszerűen újraindítás) az a folyamat, amikor egy összeomlott villamosenergia-rendszert fokozatosan állítanak újra működésbe.
Hogy jobban megértsük a folyamatot: normál körülmények között egy erőmű beindításához is szükség van áramra (például a szivattyúk, vezérlő rendszerek működtetéséhez), amelyet általában a hálózatból nyer. Ha azonban a hálózat nem működik, akkor ezeknek saját tartalék generátorral (vagy akkumulátorral) kell elindulniuk.
Tehát egy rendszer újraindítása során egy nagyon szabályozott folyamat zajlik le, amely során lépésről lépésre kapcsolják vissza a hálózatba a különböző erőműveket. Az Ibériai-félszigeten azonban ez különösen nehéz feladat. Mivel a hálózat leállásakor kevés hagyományos erőmű üzemelt, induláskor is korlátozott számú egységre lehetett támaszkodni. Ráadásul a magas megújuló részarány miatt a rendszerirányítónak nagyon óvatosan kellett eljárnia: a nap- és szélerőművek nem tudnak maguktól helyreállni, amíg nincs stabil hálózati frekvencia és feszültség, így előbb egy alaprendszert kellett stabilizálni hagyományos forrásokkal.
Szerencsére az európai összekapcsoltság ebben is segített: Franciaország azonnal a spanyolok segítségére sietett, és az RTE (francia hálózatüzemeltető) közlése szerint már délután 700 MW plusz importáramot biztosított Spanyolországnak.
Új korszak határán vagyunk
Tehát az jól látszik, hogy a megújuló energiaforrások magas aránya miatt
új megoldásokra lesz szükség a hálózat stabilan tartásához.
Ilyenek lehetnek például a rendszerszintű energiatárolók, az ún. szintetikus inercia (amikor speciális elektronikai eszközökkel utánozzák a forgó generátorok stabilizáló hatását), vagy éppen a gázerőművek készenlétben tartása gyors beavatkozásra.
Megoldást jelenthetne a szél- és naperőművek invertereinek cseréje is. Jelenleg Spanyolországban jellemzően „grid following” típusú invertereket használnak, amelyek csupán követik a hálózat meglévő frekvenciáját, de nem járulnak hozzá annak stabilizálásához. Ez szabályozhatatlanná teszi a rendszert, különösen akkor, ha a termelés jelentős részét ezek az eszközök adják. Ezzel szemben a „grid forming” inverterek alkalmasak lehetnek a frekvencia stabilizálására, így kulcsszerepet játszhatnak a jövő villamosenergia-hálózatainak biztonságos működtetésében.
A védelmi automatizmusok finomhangolása szintén kulcsfontosságú: biztosítani kell, hogy egy szokatlan, de átmeneti jelenség (akár egy hőmérsékleti ingadozás) ne bénítsa meg az egész rendszert indokolatlan lekapcsolásokkal.
Végül pedig tanulság, hogy a klímaváltozás miatt gyakoribbá válhatnak a szélsőséges időjárási jelenségek, amelyek az elektromos rendszereket is próbára tehetik – így érdemes azokra is felkészülni.
Portfolio
