Mimo faktu, że gigantyczny, blackout, który miał miejsce w krajach zachodniej Europy – a którym w pierwszej kolejności objęte zostały Hiszpania i Portugalia – wydarzył się raptem wczoraj, już doczekał się grona nieprawdopodobnych teorii, które miały tłumaczyć jego przyczyny. Wspominano przy tej okoliczności o ataku cybernetycznym czy atmosferycznym fenomenie pogodowym. Prócz tych niestworzonych jednak pojawiały się również spojrzenia znacznie bardziej trzeźwe i rzetelne.
I choć na potwierdzenie (lub podważenie) tych twierdzeń przyjdzie jeszcze poczekać – nie wykluczają się one zresztą wzajemnie z innymi możliwymi przyczynami – to coraz więcej wskazuje na powód bardziej przyziemny. A zarazem mający charakter systemowy. Teorie te można by zbyć wzruszeniem ramion – skoro i tak w Internecie można przeczytać najbardziej niestworzone opinie – gdyby nie fakt, że niektórzy autorzy i komentatorzy internetowi okazali się oferować znacznie bardziej kompleksowe i uzasadnione wyjaśnienia niż tzw. czynniki oficjalne (tj. rządowe).
Te ostatnie, prócz kilku zdawkowych oświadczeń, zwłaszcza w pierwszych chwilach nabrały bowiem wody w usta.
Hiszpania na czele „zielonego” wyścigu
W ostatnich latach Hiszpania intensywnie modernizowała swój narodowy system produkcji i dystrybucji energii. O ile ten ostatni czynnik nie doczekał się jakichś przełomowych zmian, to inaczej sprawa przedstawiała się w kwestii źródeł prądu. Modernizacja, o której mowa, miała bowiem jeden i bardzo wyraźny rys – jej źródłem była „zielona” polityka klimatyczna władz oraz dążenie do tzw. Net Zero. Jak się okazało, było to dążenie dosłownie za wszelką cenę.
W ostatnich latach na skutek polityki tamtejszego rządu Hiszpania obserwowała ostry wzrost tzw. źródeł odnawialnych w swoim miksie energetycznym. Elektrownie węglowe czy starsze reaktory nuklearne zamykano. Zastąpić je miały siłownie wiatrowe i słoneczne. W rezultacie, Hiszpania ma dziś najwyższy (56%) udział OZE w swoich źródłach zasilania ze wszystkich krajów UE. Wedle niektórych wersji współczynnik ten był zresztą jeszcze wyższy – w momencie wybuchu awarii ze źródeł „odnawialnych” pochodzić miało aż 60% energii w sieci.
I właśnie to, jak się wskazuje, miało przyczynić się do niestabilności hiszpańskiego systemu energetycznego. Co konkretnie przyczyniło się do tego, że cały ten system w pewnym momencie się załamał?
Kojący obrót turbin
Jak wiadomo, tradycyjne elektrownie do produkcji prądu wykorzystują energię cieplną – dostarczaną czy to przez spalany węgiel bądź gaz, czy przez reakcje jądrowe w reaktorze. Energia ta przekazywana jest na parę wodną, której obieg napędza turbiny generatorów. W wielkim uproszczeniu są to zatem w istocie gigantyczne kotły parowe, które zamiast kołami lokomotywy obracają turbinami. Elektrownie wodne obywają się bez źródeł ciepła, zaś ruch obrotowy turbin zapewnia napędzana grawitacją, przepływająca woda. Też standard.
To jednak, co łączy wszystkie te siłownie, to synchronizacja pracy w ramach systemu energetycznego. Jak wiadomo, energia dostarczana przez ten system to prąd zmienny, o określonej częstotliwości (idealnie 50 Hz). W tradycyjnych elektrowniach z częstotliwością tą bezpośrednio koresponduje tempo obrotów turbin generatorów. W przypadku zakłóceń w sieci, np. w postaci niedoboru energii w przypadku zwiększonego jej poboru, elektrownie mogą zareagować, dostosowując do potrzeb tempo obrotów, regulując podawaną do generatorów moc.
Z kolei w przypadku nadmiaru energii w sieci elektrycznej moc zostaje zmniejszona, zaś obroty mogą zostać przestawione na bieg jałowy. Co istotne, urządzenia te tworzą system wielostopniowy – energia cieplna np. z reaktora czy kotła węglowego nie zasila bezpośrednio urządzeń generujących prąd, lecz pośredniczące po drodze turbiny. To z kolei zapewnia margines inercji w tym systemie, którą to inercją można manipulować poprzez regulację przepływu pary przez turbiny – tak, aby pochłaniać nadmiar zbędnej energii lub zwiększać jej dopływ w razie braku.
Głębia inercji systemu
W ten sposób elektrownie w czasie rzeczywistym reagują na pobór energii elektrycznej z sieci. Oczywiście dostosowanie nie następuje natychmiastowo, i wymaga czasu. Także same zmiany nie mogą być zbyt gwałtowne – przekroczą bowiem wtedy możliwości absorbowania zakłóceń przez inercję systemu. Dotychczas najczęściej nie było to problemem – elektrownie jądrowe, węglowe czy wodne pracują bowiem w sposób dość stabilny, i wydarzenia o charakterze szokowym zdarzają się rzadko.
Tego wszystkiego nie można jednak powiedzieć o siłowniach wiatrowych i słonecznych. Źródła odnawialne najczęściej nie są bowiem zsynchronizowane z całością systemu energetycznego (w omawianym przypadku, którym jest Hiszpania, współczynnik ten tuż przed awarią wynosić miał 70%), zaś energię elektryczną do sieci podają bez pośrednictwa układu kontrolowanych na bieżąco turbin. Tempo pracy OZE zależy bowiem przecież od siły wiatru lub słońca. A ta z kolei zależna jest od pogody – i bardzo zmienna.
W Hiszpanii, w miarę zwiększania procenta siłowni słonecznych i wiatrowych w systemie, przybywało zaś źródeł zasilania, które nie były zsynchronizowane z siecią – a jednocześnie bezpośrednio podawały energię. Z kolei tradycyjnych, zsynchronizowanych elektrowni było coraz mniej – w efekcie czego coraz mniejsza była także skala inercji i zakres możliwej interwencji w przypadku zakłóceń. Takich właśnie, jak te, które wystąpiły.
„Nad całą Hiszpanią niebo jest bezchmurne”
Tym, co „usmażyć” miało hiszpańską sieć elektryczną, był – z tego, co obecnie wiadomo – wyjątkowo sprzyjające warunki (słoneczna pogoda). Przeładowały one iberyjską sieć elektryczną falą taniego prądu. Jego dystrybucja, w tym i eksport do Francji, miał w bardzo wysokim stopniu obciążyć – lub wręcz przeciążyć – linie przesyłowe. Zmienne w zależności od regionu i czasu warunki zaowocować miały dodatkowo różnicami w częstotliwości prądu w sieci. Możliwość absorpcji tych różnić dodatkowo skomplikowały podejrzewane awarie.
Wahań tych nie były w stanie skompensować zsynchronizowane z siecią elektryczną tradycyjne elektrownie – stanowiły po prostu zbyt mały procent systemu w stosunku do OZE. W efekcie tego nastąpić miała seria odłączeń od sieci, spowodowanych przez automatyczne mechanizmy zabezpieczające. To z kolei oznaczało odcięcie kolejnych źródeł zasilania – i kolejny szok dla sieci. Tym razem, zamiast nadmiaru energii, w postaci jej braku. Sekwencję wydarzeń opisano w oświadczeniu hiszpańskiego narodowego operatora elektrycznego:
Oczywiście nie jest powiedziane, że źródła odnawialne nie mogą zostać wyposażone w mechanizmy zapewniające margines inercji. W systemie, z którym obudziła się wczoraj Hiszpania – a budowanym przez ostatnie lata nie pod kątem stabilności i niezawodności, lecz by przynieść władzom tego kraju palmę pierwszeństwa w politycznym wyścigu do osiągnięcia Net Zero – takich możliwości jednak zabrało.