Що спричинило відключення електроенергії? Візуальне та стисле пояснення того, що відомо

У понеділок близько 12:33 електрична мережа зазнала колапсу.

Одна або декілька подій, які ще належить визначити, спричинили ланцюг проблем, який — за п'ять секунд — призвів до відключення від Європи та обвалив постачання на Піренейському півострові. Чому вийшла з ладу система? Через чотири дні після відключення електроенергії залишаються великі невідомості. Цей перший графік узагальнює достовірну інформацію про часову послідовність:

Попередня хронологія є незавершеною роботою, яка очікує на інформацію та дослідження, що надійдуть. Але наразі є три основні невідомості:

1. Що спричинило ці падіння генерації?

   Red Eléctrica вказує на південний захід, говорячи про падіння о 12:33:16, і каже, що «дуже можливо», що постраждала сонячна генерація. Але невідомо, які саме електростанції постраждали та причина їх відключення. Причиною може бути збій у мережі або проблеми на лініях високої напруги. Але також інцидент на великій електростанції або генераційній установці, наприклад, коротке замикання або щось інше.

   Як підтвердила нам Марта Вікторія, дослідниця з Технічного університету Данії: «Я вважаю, що сталася низка подій, які призвели до відключення електроенергії, але ми ще не знаємо, яка була початкова подія».

   Що ми змогли ідентифікувати, так це два падіння, за їхніми ймовірними наслідками для частоти в мережі. У даних Gridradar можна побачити два різких падіння частоти, розділених приблизно 1,5 секундами.

   Невідомим у цьому випадку є точний момент відключення від Європи. Після цих двох перших різких падінь, імовірно, відбулася низка відключень, доки загальна втрата не досягла величезного рівня: щонайменше 15 гігават (60% попиту в той момент). Після перевищення цього порогу, і за задумом, саме тоді Піренейський півострів відключився від європейської мережі, щоб уникнути можливого відключення електроенергії на всьому континенті, як пояснюють у Міністерстві екологічного переходу.

2. Чи було перше падіння генерації першою подією каскаду, чи була попередня причина?

   У мережі є ознаки можливої попередньої нестабільності. Близько 12:20 дані про частоту показують коливання в точках вимірювання в Малазі (за даними Gridradar та швейцарської лабораторії ZHAW).

   Так пояснює Луїс Бадеса, професор електротехніки в UPM: «Зараз неможливо дізнатися, чи дійсно вони вплинули, оскільки остання серія коливань ослабла майже за десять хвилин до збоїв генерації, але вони свідчать про те, що система не працювала в умовах повної нормальності в хвилини, що передували відключенню електроенергії».

   Зі свого боку, REE дала зрозуміти, що падіння генерації на південному заході були початком усього. А Міністерство екологічного переходу заявляє, що попередні дані, які вони мають, вказують на те, що система була стабільною в момент, що передував ймовірній втраті генерації. Але це їхні попередні враження. Міністерство вимагало всі вихідні дані від електричних компаній (які виробляють енергію) та Red Eléctrica (яка транспортує та управляє системою).

3. Чому електрична система не змогла зреагувати, щоб компенсувати ці два падіння генерації?

   Це фундаментальне питання. Поки не буде вказано на технічну несправність або аварію, яка є ізольованою та масштабною, все вказує на системний збій. Мережа вийшла з ладу через збіг проблем, а не через опір.

   Електрична мережа спроектована та експлуатується таким чином, щоб працювати, навіть якщо один елемент виходить з ладу (так звана безпека N-1). Вона може витримати втрату великої електростанції потужністю до одного гігавата (еквівалент ядерного реактора), лінії, трансформаторної підстанції тощо. Чому вона тоді впала? Марта Вікторія пропонує дві альтернативи: «Ми не знаємо, чи була початкова непередбачена обставина надзвичайно великою, чи, навпаки, механізми компенсації не спрацювали належним чином».

   Колишній президент Red Eléctrica Луїс Атьєнца також нагадав, що система має «протипожежні засоби», які не спрацювали в цьому випадку. Чому? Атьєнца висловив здивування тим, що автоматика не спрацювала, щоб локалізувати відключення, обмеживши його зоною, як і півдюжини фахівців, опитаних Джерело новини. Неминуче виникає питання про надійність та стійкість системи, яка повністю впала до нульової напруги.

Які інші фактори могли сприяти цьому?

Брак інерції в системі

Багато експертів вважають, що вага сонячної та вітрової енергії в момент відключення могла бути елементом, який сприяв каскаду збоїв після першої нестабільності. До інциденту іспанська мережа в основному живилася від сонячної енергії (59%) та вітрової енергії (11%). Це не найвищі рівні за останні тижні, але високі з історичної перспективи — мережі десятиліття. Іспанія працювала з відносною нестачею «синхронної інерції».

Величезні ротаційні генератори гідроелектростанцій, атомних електростанцій та інших теплових станцій мають велику кількість інерції та кінетичної енергії, накопиченої в їхньому обертанні, і це допомагає самостабілізувати мережу, коли генерація падає. Але, що важливо, сонячні та вітрові електростанції не забезпечують цю синхронну інерцію природним шляхом. Тобто, нестача інерції могла обмежити здатність компенсувати збурення в мережі.

Мануель Алькасар Ортега, професор кафедри електротехніки UPV, запевняє: «Був невеликий внесок генераторів, які могли б забезпечити інерцію». І він вказує на високе виробництво фотоелектричної енергії як на фактор: «це зменшує фізичну інерцію системи — яку забезпечує обертова генерація — і здатність керувати реактивною енергією, що зменшує її здатність реагувати».

Ця проблема відома в галузі. Наприклад, європейська асоціація операторів транспорту, ENTSO-E, має проєкт Project Inertia, щоб «запропонувати безпечну та ефективну експлуатацію декарбонізованої системи, готової до майбутнього».

Це зовсім не поправка до відновлюваних джерел енергії. Існують технологічні рішення для генерування синтетичної інерції, яка супроводжує сонячну та вітрову генерацію, такі як електронні перетворювачі або батареї. Алькасар зазначає: «Це елементи, які дозволяють компенсувати цей брак фізичної інерції». Крім того, інерції можна досягти також за допомогою відновлюваного джерела: гідроенергії. Іспанія може збільшити закачування — тобто, схеми з двох водосховищ, які служать для накопичення енергії, яку можна повернути в електричну мережу, коли це необхідно. Це нові елементи. Хав'єр Блас у Bloomberg говорив про внесення корективів: «Світ не відмовився від електростанцій на викопному паливі та атомних електростанцій, тому що Нью-Йорк пережив велике відключення електроенергії в 1977 році. І він не повинен відмовлятися від сонячної та вітрової енергії, тому що Іспанія та Португалія залишилися без електропостачання на кілька годин. Але ми повинні зрозуміти, що проєктування мереж, політика та оцінка ризиків ще не готові».

Прикладом заходу було б пом'якшити відставання Іспанії у масовому розгортанні акумуляторів, яке відбулося в Німеччині чи Каліфорнії. Педро Фреско, генеральний директор Валенсійської асоціації енергетичного сектору та колишній генеральний директор з питань екологічного переходу цієї громади, зазначав: «Батареї та потужні міжмережеві з'єднання є найкращими протиотрутами від відключень електроенергії. Потрібно встановити більше перших, які роблять фотоелектричну та вітрову енергію синхронними, і покращити другі».

Недостатнє з'єднання з Європою

Також вказують на історичну проблему нашої мережі: недостатнє з'єднання Піренейського півострова з європейською системою. Едуардо Прієто, директор служб з експлуатації Red Eléctrica, підкреслив безпеку: «Чим більше електричні системи з'єднані між собою, тим вони безпечніші, надійніші, тим краще здатні протистояти збуренням». У Іспанії пропускна здатність міжмережевих з'єднань у 2023 році становила 4,4% нашої виробничої потужності, що значно нижче 15%, які Європейський Союз поставив за мету на 2030 рік.

Як працює електрична мережа?

Систему можна розглядати з трьох компонентів: елементи генерації (наприклад, атомні електростанції або ферми сонячних панелей), елементи транспортування високої напруги та розподілу та, нарешті, споживання промисловості та домогосподарств. Над усім, координуючи правильне функціонування всього, знаходиться Центр управління Red Eléctrica.

Центр управління виконує важливу роботу: він гарантує миттєвий баланс між електроенергією, яку вимагають користувачі, та електроенергією, яка виробляється на електростанціях. Це передбачає прогнозування енергії, яку потребуватиме країна, програмування відповідного виробництва, а потім реагування в режимі реального часу на будь-який дисбаланс.

Чому потрібні години, щоб відновити мережу?

Повний запуск з нуля — це складна та рідкісна операція — оскільки повні відключення електроенергії трапляються рідко. Вчора багато міжнародних експертів спостерігали за процесом майже з цікавістю. Прієто пояснив, як відбувався цей «скоординований процес» відновлення. Спочатку він полягав у пошуку «здорових джерел напруги» на кордоні з Францією та Марокко. З цих кордонів вони діяли, щоб забезпечити живлення частини іспанської мережі (у Країні Басків, Каталонії та на півдні Андалусії). Метою було «дістатися до допоміжних служб електростанцій, щоб вони могли розпочати процеси запуску та з'єднання». Після запуску цих служб напруга продовжувала поширюватися на решту елементів мережі та на електростанції, щоб система «могла зростати».

Була застосована стратегія запуску в острівному режимі або по зонах. Чому? Тому що лише деякі генераційні групи можуть запуститися самостійно з нульової напруги: «Це гідроелектростанції, розташовані в різних басейнах», — пояснив Прієто. Ці електростанції запускалися, і поступово стабілізувалися з деякими навантаженнями — поставками споживачам. Ці острови потім нарощували генерацію та споживання паралельно, збільшуючись у розмірах і стабільності, щоб потім з'єднатися один з одним, щоб відновити мережу.

const artBoarts = { claves };

Кредити З інформацією та розробкою Хосе А. Альвареса, Борха Андріно, Монтсе Ідальго та Луїса Севільяно Піреса.