Veliki ispad električne mreže koji je prije dva dana pogodio Portugal i Španjolsku izazvao je ozbiljne poremećaje u svakodnevnom životu i poslovanju milijuna građana. Iako je opskrba djelomično brzo obnovljena, incident je otvorio važna pitanja o ranjivosti elektroenergetskih sustava, regionalnoj koordinaciji i potrebi za modernizacijom infrastrukture u vremenu sve veće ovisnosti o električnoj energiji.
Zanimalo nas je koji su potencijalni uzroci ovakvih incidenata koji se zapravo događaju sve češće. Primjerice, iako se kod nas o tome nije pisalo, sličan, ako ne i veći ispad dogodio se nedavno i u Brazilu, a svi se još dobro sjećamo i onoga u Crnoj Gori prošle godine kad su bili zahvaćeni i dijelovi Dalmacije. Zato smo razgovarali sa stručnjacima i pokušali dobiti odgovore na neka od pitanja koja se nameću nakon ovog velikog nestanka električne energije.
Kad je riječ o razlozima koji su mogli utjecati na ovaj događaj, izv. prof. dr. sc. Božidar Filipović-Grčić, voditelj istraživačkog visokonaponskog laboratorija na FER-u, smatra kako se ne može sa sigurnošću reći što je točno uzrok, no postoji mogućnost da je događaj uzrokovan kombinacijom tehničkih i meteoroloških faktora.
"Iako je istraga uzroka u tijeku, neki rani medijski izvještaji spominju fenomen povezan s neobičnim atmosferskim uvjetima, koji uključuje brze promjene temperature/tlaka u kombinaciji s vjetrom u unutrašnjosti Španjolske, što je moglo uzrokovati kvarove/ispade nekih visokonaponskih vodova", kaže naš sugovornik.
Aktivacija zaštitnih mehanizama
Prema informacijama španjolskog operatora EES-a (elektroenergetskog sustava) događaj je započeo u 12:33 sati po lokalnom vremenu, kada je došlo do velikog isključivanja sunčanih elektrana u jugozapadnom dijelu Španjolske (ukupno 59 posto ukupne proizvodnje u trenutku događaja). Ove elektrane činile su značajan udio u ukupnoj proizvodnji električne energije, a njihov iznenadni ispad uzrokovao je pad frekvencije mreže, što je aktiviralo zaštitne mehanizme i dovelo do kaskadnih poremećaja te daljnjeg raspada EES-a.
Uoči poremećaja, nastavlja naš sugovornik, španjolska mreža radila je s malom inercijom, odnosno energijom pohranjenom u velikim rotirajućim parnim ili plinskim turbinama koje pokreću „klasične“ sinkrone generatore, što nepovoljno utječe na stabilnost te na odziv sustava na poremećaje i prijelazne pojave. S druge strane, sunčane elektrane nemaju mehaničku inerciju koju posjeduju tradicionalne termoelektrane, što znači da ne mogu doprinijeti stabilizaciji prilikom promjena frekvencije u mreži. Narušena stabilnost navodno je dovela do prekida interkonekcije s Francuskom, a novije informacije spominju dva uzastopna događaja (isključenja vodova) koja su prethodila raspadu EES-a, te uobičajene, a ne ekstremne vremenske uvjete u trenutku raspada EES-a".
"Bez obzira što je točno početni uzrok događaja, činjenica je da se u europskom EES-u masovno integriraju obnovljivi izvori koji su priključeni na prijenosnu mrežu preko pretvarača odnosno uređaja koji se baziraju na energetskoj elektronici. Upravljački krugovi ovih uređaja reagiraju brže u odnosu na klasične sinkrone generatore, a frekvencije prijelaznih pojava kada se dogodi poremećaj u EES-u su više u odnosu na pogonsku frekvenciju sustava. U ovakvim promjenama u EES-u, postavlja se pitanje kako precizno simulirati ili predvidjeti ovakve događaje", kaže dr. Filipović-Grčić.
Novi modeli mreže
Naime, kako objašnjava dr. Filipović-Grčić, klasični „RMS“ alati koji se i danas koriste u najvećoj mjeri, a na kojima se temelje analize prijelazne stabilnosti, računaju pojave s parametrima mreže koji su definirani za pogonsku frekvenciju (50 ili 60 Hz), zanemaruju frekvencijske ovisnosti i nelinearnosti u sustavu. Rezultati takvih analiza sve su nepouzdaniji kako integracija obnovljivih izvora raste, a udio klasičnih sinkronih generatora u mreži pada. Ovo potvrđuje i nedavni blackout sjevernog dijela EES-a u Brazilu koji je bio uzrokovan ispadom visokonaponskog prijenosnog DV-a u trenutku velike proizvodnje energije iz vjetroelektrana. Klasične analize prijelazne stabilnosti u ovom slučaju ukazivale su na stabilan EES prilikom ispada predmetnog DV-a, međutim kada se ispad stvarno dogodio došlo je do naponskog sloma i raspada EES-a.
"Zbog navedenog sve više operatora prijenosnog sustava se usmjerava na izradu novih modela mreže koji preciznije opisuju širi frekvencijski opseg prijelaznih pojava i koji se temelje na proračunima prijelaznih pojava (EMT modeli) u vremenskoj domeni. Pojedinačno razvijeni modeli obnovljivih izvora trebali bi biti validirani mjerenjima, a tek nakon toga uključeni u simulacije na razini većeg modela EES-a. Na temelju rezultata ovakvih analiza i proračuna prijelaznih pojava trebala bi se temeljiti i podešenja parametara relejne zaštite u sustavu, što često u praksi nije slučaj, a ovo utječe na prevenciju daljnjeg širenja poremećaja (kaskadni ispadi, itd.)", navodi dr. Filipović-Grčić.
Posebno nas je zanimalo mogu li ekstremne vremenske pojave, poput naglih temperaturnih promjena, stvarno destabilizirati cijelu mrežu, a što se u prvim analizama navodilo kao potencijalni razlog. Naš sugovornik smatra kako ova mogućnost postoji, iako najnovije informacije ne ukazuju na ekstremne vremenske uvjete u ovom konkretnom slučaju.
Meteorološki ekstremi i norme
"Ekstremne vremenske pojave u pravilu uzrokuju najveći postotak prekida u opskrbi električnom energijom, a često dovode i do raspada EES-a. Primjerice u SAD-u otprilike 83 posto prijavljenih prekida napajanja između 2000. i 2021. godine pripisano je različitim vremenskim nepogodama. Da je problematika utjecaja pojave sve učestalijih ekstremnih vremenskih uvjeta na kvarove na nadzemnim vodovima aktualna, dokazuje i trenutačno aktivna radna grupa CIGRE u kojoj imam priliku sudjelovati. Ovdje se radi o analizi kvarova na vodovima uzrokovanih različitim vremenskim ekstremima (vjetar, led, posolica i kontaminacija izolatora, oborine, klizišta, požari, potresi...) te reviziji postojećih normi za projektiranje dalekovoda. Na ovaj način bi se u prošlosti detektirani meteorološki ekstremi ugradili u norme za projektiranje dalekovoda, čime bi se pojačala otpornost prijenosne mreže na pojavu kvara za vrijeme ekstremnih vremenskih uvjeta", kaže dr. Filipović-Grčić.
Ističe da bi nagle promjene temperature/tlaka koje su se inicijalno navodile kao uzrok početka raspada teoretski mogle uzrokovati određene promjene u proizvodnji/potrošnji energije, ali i u kombinaciji s vjetrom koji se javlja pri naglim promjenama tlaka moglo bi doći do mehaničkih vibracija/gibanja vodiča dalekovoda što opet može dovesti do pojave kvara i ispada DV-a.
Kad je riječ o interkonekciji između nacionalnih mreža, ona se temelji na europskom elektroenergetskom sustavu, koji je visoko integriran i sinkroniziran. Jaka međusobna povezanost s drugim regijama važna je jer pomaže u stabilizaciji frekvencije i napona prilikom poremećaja. U slučaju Španjolske/Portugala, slabost interkonekcije s ostatkom Europe poznati je problem koji utječe na ograničenje stabilnosti EES-a. Veliki poremećaj u Španjolskoj može lakše dovesti do odvajanja sustava (u kojoj EES radi u otočnom režimu), jer postoji samo nekoliko spojnih vodova koji je povezuju s Francuskom. U konkretnom slučaju pitanje je što bi se dogodilo da je bilo više „jačih“ interkonekcijskih veza - ostatak Europskog sustava mogao bi u tom slučaju ili prigušiti oscilacije ili odmah opskrbiti Španjolsku nedostajućom energijom (ili apsorbirati višak), ograničavajući odstupanje frekvencije.
"U slučaju ispada interkonekcijskih vodova, dolazi do prijelaznih pojava i poremećaj se „osjeća“ u susjednim državama što može uzrokovati daljnje probleme i ispade. Ovo naravno ovisi o prilikama u mreži u trenutku nastanka kvara i brojnim drugim faktorima te se ne može generalizirati", zaključuje dr. Filipović-Grčić.
Nema stopostotne zaštite
N. Mandić, stručnjak s dugogodišnjim iskustvom u elektroenergetskim sustavima i vanjski suradnik časopisa EGE, prokomentirao je mogućnost da iz svega stoji opcija kibernetičkog napada. On ističe kako je do sada vjerojatno bilo preko tisuću raspada i ni jedan nije bio identičan prethodnom. Smatra da je prvenstveno riječ o pitanju novca i ulaganja, jer je kibernetička zaštita trajni proces koji traži znatna trajna ulaganja u ljude i opremu bez prividno "vidljivih rezultata". Rezultati, bili oni loši ili dobri, pojave se tek kad neki EES ili bilo koja tvrtka budu kibernetički napadnuti. Zato potpune idealne stopostotne zaštite nema, ali teško će bilo koja ozbiljna institucija javno priznati da je napadnuta.
"Osobno mišljenje i iskustvo mi kažu da se uz valjane dokaze iz više različitih izvora neće nikad jednoznačno pisati. Razlog je taj što to stvara osnovicu za podizanje odštetnih sudskih zahtjeva za sve one koji su doprinijeli takvom akcidentu. Proteklih godina je bilo puno poremećaja i koliko znam nikad nisu provedeni ili takva informacija nije došla u javnost. Odštetni zahtjev u sličnim poremećajima bi iznosio nezamislivo veliki iznos. Koliko znam konačno pisano izvješće nije točno izrijekom definiralo krivca. Zato će uvijek postojati riječi "vjerojatno", "moguće" i slične.", kaže Mandić.
On dalje ističe da nikako ne smijemo zaboraviti da se EES mijenja, te kako je riječ o živom dinamičnom organizmu. Kako je temperatura čovječjeg tijela važna za čovjeka, tako je frekvencija EES životno važna za sustav. Ona tijekom 24 sata mora imati promjenjivu vrijednost oko 50 Hz. Svaka veća devijacija frekvencije govori o stanju EES-a.
"Sve EU zemlje su povezane dalekovodima u jedan zajednički sustav koji čine 36 zemalja, čineći sustav ENTSO-e. To je općenito najveći povezani sustav u svijetu. Jedan od razloga povezivanja zemalja je i mogućnost pružanja pomoći u slučaju akcidenata u jednoj od njih. Ali tu je i neugodna pojava da se veliki kvar u jednoj od članica ovog sustava prenosi na sve uvezane sustave. Zato postoje određena tehnička zaštita i zaštitne mjere-planovi, za otkrivanje lokacije mjesta kvara u mreži i njihovo saniranje i selektivno ograničavanje od štetnih pojava", kaže Mandić koji ističe kako se poremećaj dogodio u podnevnom terminu kad je potrošnja energije na visokim vrijednostima u svim zemljama EU, koju žargonski nazivamo dnevnom "špicom".
Uzrok nikada nije samo jedan
U Španjolskoj je ostvarena špica-opterećenje spomenutog dana bila 28 000 MW. Postoji u dnevnom dijagramu opterećenja i večernja "špica", kad teret (MW) obično bude najveći tijekom jednog dana. Za dan 28.04.2025. ona je po planu trebala iznositi 30 000 MW (prema preliminarnim podacima za špice tog dana)
Kad je riječ o potencijalnim razlozima koji bi mogli izazvati tako nagli i veliki kolaps elektroenergetskog sustava, on smatra kako se svi potrebni podaci neće brzo skupiti, te još uvijek ne znamo sve činjenice. No ističe kako nikad u posljednjih 30 godina uzrok nekog poremećaja nije bio samo jedan. Baš uvijek bilo je nekoliko uzroka spojenih u jedan veliki uzrok, koji je onda doveo do do problema.
Zanimalo nas je i koji su najkritičniji dijelovi elektroenergetske mreže kad se dogode ovakvi kvarovi? Mandić kaže kako je rad sustava je vrlo dinamičan pa se to ne može reći, no generalno su najkritičnije točke EES-a su sve one koje nisu redovno planski održavane baš svake godine. Primjerice sječa šume ispod dalekovoda mora se redovito održavati, jer narasla stabla pri jačim udarima vjetra mogu izazvati inicijalni kvar koji se dalje prenosi. To pravilo održavanja vrijedi za sve dijelove EES-a, zaključio je naš sugovornik.
Je li i Hrvatska ugrožena?
Zanimalo nas je i koliko je Hrvatska ranjiva na slične događaje. Dr. Filipović-Grčić smatra kako je hrvatski EES dobro povezan sa susjednima, no unatoč tome, kod nas je sličan trend kao u ostatku EU. Riječ je o masovnoj integraciji obnovljivih izvora, redukciji proizvodnje električne energije iz klasičnih sinkronih generatora, itd.
"Ranjivost bi se mogla pojaviti npr. u slučaju pojave poremećaja/kvara u EES-u u uvjetima slabe hidrologije i proizvodnje iz hidroelektrana (prvenstveno mislim na jug hrvatskog EES-a) te istovremene velike proizvodnje iz sunčanih elektrana i vjetroelektrana. U svakom slučaju, o svim prethodno navedenim problemima i mjerama prevencije kvara trebalo bi kontinuirano voditi brigu, a iz svakog ovakvog većeg raspada treba izvući pouke kako bi lakše unaprijedila otpornost EES-a na poremećaj", kaže naš sugovornik.
N. Mandić pak ističe kako su se do sada u Hrvatskoj provodile sve potrebne radnje pa je u posljednjih 20 godina bilo samo nekoliko djelomičnih raspada EES-a.
"Ranjivi smo toliko koliko ne provodimo predviđene tehničke zaštitne mjere. Pamte se dva djelomična raspada EES-a u siječnju 2003., uz nedavne vremenski pomjerene akcidentne situacije i poremećaje", zaključuje Mandić.
