Stabilní zdroje mohly španělský blackout paradoxně i zhoršit. Nejsou tak mrštné, jako OZE a baterky
Síť vydrží i mnohem vyšší podíl obnovitelných zdrojů, na vině je selhání systému jako celku, vysvětluje v analýze španělský profesor Antonio Gómez Expósito.
Redakce Obnovitelně.cz
9. 5. 2025
Svým rozsahem a dobou trvání vyvolal energetický výpadek na pyrenejském poloostrově 28. dubna skutečné pozdvižení ve společnosti, která je stále více závislá na elektřině. Tento incident se zapíše do historie Španělska jako jedna z událostí, jež představují zásadní předěl v tomto kritickém a dlouhém období energetické transformace, kterým současná civilizace prochází.
Během prvního veřejného vystoupení politických představitelů jsme se dozvěděli, že příčinou výpadku byla náhlá ztráta přibližně 15 gigawattů elektrického výkonu. To je však zjevná informace pro každého průměrně zainteresovaného člověka, který se obtěžuje prohlédnout si údaje poskytované společností REE na její webové stránce a v aplikaci redOS. Obrázek ukazuje časový vývoj výroby a spotřeby elektřiny v pondělí 28. dubna (s výjimkou ostrovů, které nebyly zasaženy), kde je patrná situace bezprostředně předcházející události a její následné pomalé zotavení.
První otázka, která se nabízí při pohledu na tento graf, je, zda v propojeném kontinentálním systému, jako je ten evropský, může dojít k náhlému odpojení 15 gigawattů výkonu, aniž by tomu předcházela jiná událost či události. Jednoznačná odpověď zní NE, a to z různých technických důvodů souvisejících se způsobem, jakým jsou tyto systémy provozovány a řízeny, jejichž podrobnosti přesahují rámec tohoto článku.
Relevantní otázka by tedy spíše měla znít: Jaké události, ke kterým došlo v sekundách nebo minutách před odpojením těchto 15 gigawattů, mohly způsobit tak katastrofický výsledek? A následně: Jaké ponaučení si můžeme z této události odnést a co bychom mohli udělat, abychom zabránili jejímu opakování v budoucnosti?
Na první otázku bude moci s chirurgickou přesností odpovědět pouze provozovatel přenosové soustavy, až podrobně analyzuje vyčerpávající informace, které o tom, co se v tomto časovém úseku stalo, poskytly měřicí a ochranné systémy. Tato analýza je naprosto nezbytná, protože deset milisekund před nebo po může být jemným rozdílem mezi tím, zda je událost příčinou nebo následkem.
Například ztráta velkého generátoru ve Španělsku, zejména pokud se nachází v severní oblasti, může ve zlomku sekundy vést k výpadku propojovacího vedení s Francií a naopak. Z prostorových důvodů se nemůžeme podrobněji zabývat ani druhou otázkou, ačkoli můžeme potvrdit, že neexistuje žádné zařízení, systém nebo infrastruktura, které by byly stoprocentně spolehlivé, protože to by znamenalo nepřijatelné náklady. Pravděpodobnost selhání tedy nemůže být nikdy přesně nulová, i když může být velmi nízká, což ve skutečnosti je.
Vysvětlení možných příčin
Nyní se zaměříme na taxonomii možných příčin, které se ve větší či menší míře podílely na podobných výpadcích, k nimž došlo v minulosti jak v zemích našeho regionu, tak v rozvojových zemích.
Lidský faktor
Především nikdy nelze zcela vyloučit lidskou chybu, jako je náhodné odpojení některé výrobní elektrárny nebo přenosového vedení, které jsou kritické pro zajištění toků výkonu požadovaných spotřebou v daném okamžiku. To byl například případ výpadku v roce 2007, který vznikl v Německu, když pracovník odstavil vedení nad Rýnem, aby mohl proplout lodní transport, což způsobilo výpadek sousedních vedení a nakonec výpadek, který se rozšířil až do Maroka.
Selhání technologií
Další běžnou příčinou je selhání některého zařízení, ať už výkonového nebo ochranného, které špatně plní svou funkci. To byl případ výpadku ve Spojeném království v létě 2019, nejhoršího za desetiletí, způsobeného nečekanou reakcí tří různých typů elektráren (větrné na moři, plynové a kogenerační) na odstavení vedení v důsledku atmosférického výboje, které se nečekaně odpojily za méně než sekundu.
Souběh nepředvídatelných faktorů
Třetí možností, méně častou, by byl souběh v čase a prostoru řady faktorů, které je obtížné předvídat, které by jednotlivě nezpůsobily zhroucení systému, ale které by dohromady mohly systém vystavit extrémním podmínkám.
K tomu může dojít při velmi nepříznivých meteorologických podmínkách, které obvykle vedou k částečným výpadkům, někdy plánovaným samotným provozovatelem sítě, jako tomu bylo v posledních létech v Kalifornii, kde četné požáry vedly k rotačnímu odpojení milionů spotřebitelů, nebo v listopadu 2006 v Německu, kdy neočekávaná a prudká vlna chladu zvýšila spotřebu elektrické energie na vytápění na úroveň, která na podzim nebyla nikdy zaznamenána.
Sabotáž
Konečně nelze vyloučit ani sabotáže, fyzické i kybernetické, jakým bohužel každodenně čelí Ukrajinci. Kybernetický útok zaměřený na jednotlivá zařízení má malou pravděpodobnost, že způsobí úplný výpadek, ale byl by fatální, kdyby se mu podařilo napadnout řídicí centrum. V případě, kterým se zabýváme, zatím neexistuje důkaz, že by k tomu došlo.
Role provozovatele systému
Provozovatel systému disponuje výkonnými simulačními nástroji, které mu umožňují předem analyzovat možné rizikové situace. Tato analýza, známá v odborné terminologii jako N-1, pravidelně zkoumá individuální selhání každé z tisíců komponent. Z tohoto důvodu mají téměř všechny významné výpadky společné to, že se na nich vždy podílí několik prvků, jejichž postupné odpojení vede k neřešitelné nerovnováze mezi výrobou a spotřebou.
Výpadku často předchází rozdělení systému na dvě části, jednu s přebytkem výroby a druhou s deficitem. Přebytek výroby způsobuje zvýšení frekvence, což detekují regulační systémy každé elektrárny, které okamžitě snižují svůj výkon. Pokud se jim včas nepodaří snížit výrobu, dojde k výpadku (mimochodem, obnovitelné zdroje mohou okamžitě snížit svůj výkon, což u jaderných elektráren není možné).
V případě deficitu výroby, pokud by zvýšení výkonu generátorů nebylo dostatečné a frekvence by příliš klesla, automaticky by se aktivoval mechanismus známý jako "odpojení zátěže", který spočívá v selektivním odpojení části poptávky, aby se zabránilo totálnímu výpadku.
Oscilace v systému a jejich význam
Kromě výkonových a napěťových oscilací způsobených odpojením velkých zařízení existují v systému neustále malé oscilace, takzvaně "přirozené", protože vznikají sporadicky. Ty by v zásadě neměly představovat problém pro systém, pokud by se z nějakého důvodu nezesílily.
Zajímavé je, že amplituda těchto oscilací bývá větší v celou hodinu, protože to je okamžik, kdy všechny generátory mění svou produkci podle pokynů, které dostávají z trhů. Zdá se, že několik minut před výpadkem 28. dubna bylo možné pozorovat přirozené oscilace s o něco větší amplitudou než obvykle, zejména na jihozápadě poloostrova, ale jejich původ a skutečný dopad na následnou událost ještě není objasněn v době, kdy jsou tyto řádky psány. V každém případě lze v historických záznamech často pozorovat oscilace stejné frekvence a amplitudy bez větších následků.
Mýtus o vlivu obnovitelných zdrojů na výpadek
Mnoho "odborníků" v posledních dnech tvrdilo, že významný podíl obnovitelných zdrojů v energetickém mixu, spolu s oslabenou flotilou jaderných elektráren, hrály zásadní roli při výpadku. Argumentují především tím, že s 60procentním nebo vyšším podílem obnovitelných zdrojů je přirozená setrvačnost systému (tedy mechanická setrvačnost způsobená rotujícími masami tepelných a vodních elektráren) nedostatečná k udržení stability při jakémkoli narušení.
Ačkoli je pravda, že stabilita systému může být ohrožena, pokud úroveň setrvačnosti klesne pod určitou prahovou hodnotu, která závisí na okolnostech daného okamžiku (točivá rezerva, propojení atd.), neexistuje důkaz, že setrvačnost existující v okamžiku výpadku (součet vodní, plynové, jaderné, biomasy a kogenerace) byla nedostatečná. Ve skutečnosti, jak je vidět na druhém obrázku, předchozí pondělí (21. dubna) přibližně ve stejnou dobu systém zvládl o 4 gigawatty více fotovoltaiky a výrazně méně jaderné energie než v okamžiku výpadku, a podobné kombinace se vyskytují již více než rok.
Jiné systémy, jako je systém Jižní Austrálie, který je mnohem méně propojený a robustní než španělský, již běžně fungují s penetrací až 100 procent (rekord je 116 procent poptávky). V únoru 2025 dosáhl irský systém, který stejně jako britský není synchronizován s kontinentem, téměř 50 procent obnovitelných zdrojů bez jaderných elektráren, a mohli bychom uvést mnoho dalších příkladů penetrace obnovitelných zdrojů v systémech s mnohem menší setrvačností než má evropský propojený systém.
To dokazuje, že s odpovídajícími řídicími systémy (které odpovídají stále náročnějším síťovým kodexům), propojením, ukládáním a flexibilitou, kterou poskytují ostatní aktéři (včetně poptávky), je možné bez problémů provozovat systém, jako je španělský, se současnými úrovněmi penetrace obnovitelných zdrojů.
Mimochodem, jaderné elektrárny poskytují stabilitu, ale ne flexibilitu. Jak každý ví, současné přečerpávací elektrárny byly postaveny právě kvůli tomuto nedostatku flexibility jaderných elektráren pro sledování poptávky. Na prvním obrázku je jasně vidět, že na rozdíl od fotovoltaiky a větrné energie nebylo možné jaderné elektrárny využít během dlouhého procesu obnovy služby.
Z prostorových důvodů se nemůžeme podrobněji zabývat rolí setrvačnosti v současném kontextu. Stručně řečeno, setrvačnost je velmi přínosná, když jde o zabránění poklesu frekvence při náhlých ztrátách výroby, ale může být přítěží, když následně chceme obnovit frekvenci na její nominální hodnotu.
V současné době již obnovitelné elektrárny přispívají v rámci svých technických možností k regulaci frekvence a napětí, kompenzují téměř absenci mechanické setrvačnosti vysokou rychlostí odezvy, která je o řád vyšší než u vodních elektráren, nejrychlejších v konvenčním generačním parku. Navíc, pokud jsou obnovitelné elektrárny vybaveny úložištěm, mohou napodobovat chování synchronního stroje a poskytovat syntetickou setrvačnost dokonce výhodněji ve srovnání s přirozenou setrvačností, protože jejich parametry lze v každém okamžiku upravit podle kontextu, zatímco mechanická setrvačnost je neměnná.
Skutečná slabina španělského systému
Právě hlavní slabina španělského elektrického systému v současnosti pochází z nedostatečné instalované kapacity úložišt. Již více než pět let jsme zapojeni do frenetického závodu o instalaci obnovitelných zdrojů, který není prost určité dávky spekulací, kdy mnoho aktérů žádá o připojovací body, aby je následně přeprodali.
Regulační orgány však včas nesplnily své úkoly, aby bylo toto nasazení doprovázeno odpovídajícím investičním úsilím do systémů ukládání energie, jak to dělají jiné země (jen v USA bude v roce 2025 instalováno asi 20 gigawattů baterií). V důsledku toho bylo nasazení obnovitelných zdrojů ponecháno krátkodobým cílům investorů, kteří dosahují vyšší rentability, pokud neinstalují úložiště současně s obnovitelnými zdroji.
Považovat ukládání za výrobu bylo jednou z hlavních regulačních chyb na evropské úrovni, která dosud nebyla zcela napravena. Podle názoru mnoha lidí chybí evropská směrnice, která by konečně uznala distinktivní charakter ukládání jako nového činitele systému, s vlastní idiosynkrazií, schopného poskytnout flexibilitu nezbytnou pro správné propojení mezi nejistou výrobou a nepružnou poptávkou. Něco málo přes 3 gigawatty instalovaných přečerpávacích kapacit ve Španělsku je zjevně nedostatečných, což se projevuje rozptyly a kanibalizací cen.
V době psaní těchto řádků (2. květen) dosud nebyly zveřejněny příčiny, které vedly k posloupnosti událostí, jež 28. dubna vyústily v největší výpadek elektřiny, jaký si ve Španělsku a Portugalsku pamatujeme. S naprostou jistotou muselo dojít k souběhu několika faktorů, které provozovatelé přenosových a distribučních sítí v současné době analyzují.
Vzhledem k významu a sociálně-ekonomickým důsledkům této události je vhodné být maximálně opatrní a obezřetní a nenechat se unést fámami nebo zainteresovanými spekulacemi. Až budou známy příčiny, poučíme se z nich a zavedeme odpovídající zlepšení, abychom se pokusili zabránit tomu, aby se událost této povahy v budoucnu opakovala.
Autorem analýzy je španělský vědec a profesor elektrotechniky Antonio Gómez Expósito z Univerzity de Sevilla, který je současně vedoucím výzkumným pracovníkem jedné z největších a nejvýznamnějších výzkumných skupin v zemi v oblasti elektrických systémů. S přeložením a publikováním své analýzy na webu Obnovitelně.cz souhlasil.
Úvodní foto: Rastrojo, CC BY-SA 4.0