Az Ibériai-félsziget sötét felhők árnyékába burkolózott, szinte egyik pillanatról a másikra. Vajon a többi uniós tagállam készen áll a változásokra?

Történelmi méretű áramszünet sújtotta Spanyolországot és Portugáliát, amikor hétfő délután dominóhatás következtében összeomlott az Ibériai-félsziget elektromos hálózata. A jelenség mögött valószínűleg a megújuló energiaforrások túlsúlya és az alacsony rendszerinercia állt, amelyek rendkívül gyorsan a hálózat destabilizálódásához vezettek. Szakértők arra figyelmeztetnek, hogy az esemény rámutat arra, hogy elengedhetetlen új megoldásokat találni Európa energiarendszereinek megerősítésére és stabilizálására.

Hétfő délután, körülbelül fél egy körüli időpontban, az Ibériai-félsziget elektromos hálózatában egy váratlan dominóhatás bontakozott ki, amely szinte azonnal hatalmas áramszünetet okozott. A következmények rendkívül súlyosak voltak: a nagyvárosok metrói megálltak, a közlekedési lámpák egy időben kioltották fényüket, és számos kórház kénytelen volt vészhelyzeti dízelgenerátorokra támaszkodni, hogy fenntartsa működését.

A kérdés, hogy mi állhat a háttérben, sokféle nézőpontot ébreszt az emberekben:

Kezdetben felvetődött a lehetősége egy kibertámadásnak, amelyet azóta többször is cáfoltak, ugyanakkor időnként megerősítették 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 legfrissebb információk alapján egy titokzatos, mindössze öt másodperc alatt lezajló eseménylánc idézte elő az áramszünetet, amely az ország délnyugati területein történt.

Jelenlegi állás szerint a szakértők csupán spekulálnak a valódi kiváltó okkal kapcsolatban. Azonban egy biztos:

A felsorolt események bármelyike képes volt életre hívni a hálózat beépített védelmi mechanizmusait.

Ez azt is magában foglalja, hogy a kiesett vezetékszakasz vagy erőművek frekvenciaváltozást okozhattak a rendszerben, ami dominóhatásként terjedt el, végül pedig a teljes hálózat leállásához vezetett.

Fontos kiemelni, hogy az áramhálózatok egy meghatározott, stabil frekvenciatartományra vannak optimalizálva, amely Európa esetében 50 Hertz (Hz). Az átviteli és elosztóhálózatokban az elektromos áram lényegében oda-vissza "rezgéseket" végez, ami a váltakozó áram (AC) jellegzetessége. E rezgés másodpercenként egy előre meghatározott számú ismétlődést jelent, amelyet frekvenciának nevezünk.

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 vette kezdetét. Először Madrid és Zaragoza környékén sötétedett el a világítás, majd néhány percen belül Lisszabon agglomerációjában és Portóban is áramkimaradások léptek fel. Rövid időre még Dél-Franciaország baszkföldi területein is tapasztalhattak áramellátási problémákat, mivel Európában a határokon átnyúló csatlakozási pontok (interkonnektorok) révén szoros villamosenergia-hálózati összeköttetések működnek az egyes országok között.

Fontos megemlíteni, hogy az európai régió esetében volt egyfajta "szerencse", mivel a terület áramhálózati szempontból viszonylag elszigetelt helyen található. Képzeljük el, mi történt volna, ha például Németországban lép fel hasonló helyzet. Valószínű, hogy akkor a probléma sokkal szélesebb körben, több országra kiterjedve jelentkezett volna.

Felmerül a kérdés: miért vezetett ekkora kieséshez egyetlen hiba? A válasz az Ibériai villamos hálózat sajátosságaiban rejlik

Ami fokozatosan egyre inkább meghatározóvá válik Európa egész területén is.

Spanyolország az áramszünet alatt szinte kizárólag megújuló energiaforrásokra hagyatkozott. A déli órákban, közvetlenül az eseményt megelőzően - 12:30-as adatok alapján - a villamosenergia-termelés körülbelül 64%-át a nap- és szélenergia biztosította.

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 most elérkeztünk a fontos ponthoz:

ilyen körülmények között a villamosenergia-rendszer tehetetlensége (inercia) nagyon alacsony.

Az áramhálózat inercia fogalma a szinkrongenerátorok, mint például a hagyományos erőművek – legyen szó szén-, gáz- vagy atomerőművekről – turbináinak forgása során felhalmozott mozgási energiára utal. Ez a tárolt energia kulcsszerepet játszik a hálózati frekvencia stabilizálásában, lehetővé téve, hogy a rendszer ellenálljon a hirtelen terhelésváltozásoknak.

A szinkrongenerátor egy különleges villamos gép, amely a forgómozgás energiáját (például gőz, víz vagy gáz által hajtott turbina segítségével) alakítja át váltakozó árammá. Az egyediségét az adja, hogy a forgórész fordulatszáma pontosan összhangban van a hálózat frekvenciájával, ami a készülék elnevezésének alapjául szolgál.

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.

Az időjárás hatásától függő megújuló energiaforrások, mint például a nap- és szélerőművek, nem a klasszikus forgógépek formájában működnek. Ezek az erőművek elektronikus invertereken keresztül kapcsolódnak a hálózathoz, ami viszont azt jelenti, hogy nem segítik elő az inercia fenntartását.

Másképp megfogalmazva: egy kisebb zavar is lényegesen gyorsabban és nagyobb mértékben képes eltéríteni a hálózatot a stabil frekvenciatartománytól, amennyiben a rendszerben hiányzik a megfelelő számú hagyományos forgó gép.

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 lent látható ábrán látható, hogy a hálózaton körülbelül 0,15 Hz-es eltérés tapasztalható, ami már figyelemre méltó mértékűnek számít.

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.

Ekkora áramszünet esetén elkerülhetetlenül felmerül a teljes újraindítás gondolata. Az újraindítás folyamata, amelyet angolul "black start"-nak neveznek, nehezen fordítható magyarra, de itt most egyszerűen csak az újraindítást értjük alatta. Ez a módszer a villamosenergia-rendszer fokozatos helyreállítását jelenti, miután az összeomlott.

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. Ekkor egy nagyon szabályozott folyamat zajlik le, amelybe lépésről lépésre kapcsolják vissza a hálózatba a különböző erőműveket.

Az Ibériai-félszigeten 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.

Tehát egyértelmű, hogy a megújuló energiaforrások jelentős részesedése következtében...

Új és innovatív megoldásokra van szükség ahhoz, hogy a hálózat stabilitását megőrizzük.

A rendszerszintű energiatárolók, a szintetikus inercia – amely során különleges elektronikai berendezések segítségével utánozzák a forgó generátorok stabilizáló hatását – és a gázerőművek készenlétben tartása mind olyan megoldások, amelyek hozzájárulnak az energiarendszer stabilitásához és rugalmasságához. Ezek a technológiák lehetővé teszik, hogy gyorsan reagáljunk az energiaigény változásaira, és biztosítsák a folyamatos áramellátást.

A szél- és naperőművek invertereinek korszerűsítése új lehetőségeket nyithat meg. Jelenleg Spanyolországban a "grid following" inverterek dominálnak, amelyek csupán passzívan követik a hálózat frekvenciáját, anélkül, hogy aktívan hozzájárulnának a stabilitásához. Ez a megközelítés a rendszer kiszámíthatóságát csökkenti, különösen, ha a megújuló energiaforrásokból származó termelés jelentős részesedést képvisel. Ezzel szemben a "grid forming" inverterek nemcsak a frekvencia stabilizálására alkalmasak, hanem kulcsszerepet játszanak a jövő villamosenergia-hálózatainak megbízható és biztonságos működésében.

A védelmi automatizmusok precíz beállítása elengedhetetlen: gondoskodni kell arról, hogy egy szokatlan, ámde múló jelenség, mint például a jelenlegi hőmérsékleti fluktuációk, ne okozzon indokolatlan leállásokat, amelyek az egész rendszert működésképtelenné tehetik.

Végül pedig tanulság, hogy a klímaváltozás miatt gyakoribbá válhatnak a szélsőséges időjárási jelenségek, amelyek a jelek szerint az elektromos rendszereket is próbára tehetik - így érdemes azokra is felkészülni.