Španělský blackout odhalil klíčovou slabinu sítí v době zelené elektřiny

Správce španělské přenosové soustavy Red Eléctrica de España (REE) už třetí týden hledá spouštěč blackoutu, který 28. dubna v zemi způsobil hospodářské ztráty kolem 1,5 miliardy eur a přispěl i k několika úmrtím. Šetření zatím nepřineslo jasnou odpověď.

Známo je zatím jen to, že v osudný den krátce po poledni došlo k výpadku elektřiny v rozvodně v Granadě na jihu Španělska, po němž bezprostředně následovaly výpadky ve městech Badajoz a Sevilla. Podle REE se prvotní spouštěč vyskytl mimo přenosovou síť, pravděpodobně v elektrárně, nebo v menší lokální síti.

Další průběh už je známý. Přenosová soustava kvůli třem téměř souběžným incidentům ztratila 2,2 gigawattu (GW) výkonu a stabilitu, bez níž nemůže fungovat. To rozjelo řetězovou reakci.

Frekvence, která se v evropské síti má pohybovat těsně kolem 50 Hz, se rozkolísala, jednotlivé prvky se začaly kaskádovitě odpojovat. Během pěti sekund vypadlo 15 GW elektřiny, v té chvíli 60 procent spotřeby. Od Španělska se vzápětí z bezpečnostních důvodů odstřihla Francie – jediný soused, který mu v té chvíli mohl pomoci systém stabilizovat.

A Pyrenejský poloostrov včetně části jižní Francie zhasl.

Část veřejnosti i expertů od počátku tvrdí, že za blackout podle nich může vysoký podíl obnovitelných zdrojů ve španělské energetice. Pravda je ale komplikovanější, jak upozorňuje expert na energetické systémy Karel Noháč ze Západočeské univerzity v Plzni.

„Obnovitelné zdroje mohly nějakou roli hrát. Mohly být katalyzátorem, ale samy o sobě při správném využívání by pravděpodobně něco takového nezpůsobily. Muselo jít o souhru více faktorů,“ říká Noháč v rozhovoru, na který se můžete podívat v úvodu tohoto článku.

Pyrenejské státy patří k šampionům zelené energetiky. Jen pár dní před blackoutem, 16. dubna, se REE pochlubila, že obnovitelné zdroje ve Španělsku už vyrábějí dostatek elektřiny k pokrytí aktuální spotřeby.

V týdnu před blackoutem dosahoval podíl solárů a větrníků na zatížení ve Španělsku v průměru 77 procent, v Portugalsku dokonce 86,5 procenta, což obě země řadí do pětice nejzelenějších v Evropě.

Osudného 28. dubna před výpadkem se ve Španělsku produkce obnovitelných zdrojů blížila 80 procentům zatížení, dominovaly soláry s více než 60procentním podílem. „Tak vysoký podíl obnovitelných zdrojů přináší určitá rizika,“ říká energetický analytik Jiří Gavor. Podobně mluví Karel Noháč i řada dalších expertů z oboru.

Klasické zdroje jako hydroelektrárny, fosilní elektrárny nebo jaderné bloky, jež energetici označují jako „točivé stroje“, přinášejí do soustavy setrvačnost. „Zvyšují tím její robustnost a odolnost. Vysoký podíl obnovitelných zdrojů klade vyšší nároky na dispečerské řízení sítě,“ vysvětluje Gavor.

V soustavě musí dodávka elektřiny v každém okamžiku odpovídat spotřebě. Soláry a větrníky zvyšují a snižují produkci podle počasí, za slunečných či větrných dní se stále častěji stává, že dodávají nadbytek. S výkyvy se musí vypořádat automatické řídící systémy a následně dispečeři. V takové situaci může snadno dojít k přetížení některého prvku, a tím pádem k poruše.

„Může se to stát velmi snadno. Stačí přetížený nějaký výstupní člen. Nějaký náročný střídač může být v horku tepelně přetížen, může se přetížit relativně úzké pojítko, typicky transformátory. A vymkne se to dispečerovi z rukou,“ říká Karel Noháč.

„Závažný schodek výkonu v klíčovém místě pak způsobí domino-efekt. Sousední výrobny mají pocit, že nedokážou soustavě správně pomáhat, a raději se odpojí. To pokračuje dál a dál. Ve Španělsku k tomu došlo v rychlém sledu, takže dispečeři pravděpodobně nebyli schopni reagovat,“ dodává expert.

Je-li v soustavě zapojeno málo stabilizujících prvků, je riziko poruchy vyšší. Potíž je, že Evropa se léta soustředí především na změnu ve výrobě elektřiny, zabývá se zejména nasazením obnovitelných zdrojů a rychlostí odchodu od uhlí. Bezpečnost soustavy zůstávala na druhé koleji.

Za problém to považuje i Václav Bartuška, zmocněnec ministerstva zahraničí pro energetickou bezpečnost. „Energetické systémy řady zemí západní Evropy – nejen Španělska – jedou už řadu let na hraně,“ prohlásil v dopise senátorům ze začátku května.

Existuje bezpečnostní hranice pro podíl solárů a větrníků na výrobě elektřiny? Energetici v tom nemají shodu. Třeba Jiří Matoušek z vedení společnosti Centropol vidí bezpečný limit kolem 20 procent, většinu výroby podle něj mají zajišťovat řiditelné zdroje. Podle Karla Noháče se ale přesná hranice určit nedá, záleží na kvalitě řízení systému: „Je to jako bychom se ptali, kolik můžeme mít v rodině hodných a kolik zlobivých dětí. Záleží na tom, jak dobrý je rodič. Limit pro obnovitelné zdroje neexistuje.“

Do určité míry lze podle něj úbytek zdrojů s vysokou setrvačností řešit technicky. „Zařízení, která tvoří první vlnu obrany proti výkyvům, je dnes možné vybavit softwarem, který si dokáže domýšlet, jak by se choval setrvačný prvek, a to implementovat do jeho reakce. Jsou to ale velmi pokročilé technologie, které do praxe teprve nastupují, jsou spíš ve fázi vývoje,“ popisuje. Ani pokročilý software ale podle něj točivé stroje při řízení soustav nenahradí zcela.

Zranitelnost soustavy s vysokým podílem obnovitelných zdrojů mohou snižovat baterie. Dokáží rychle zareagovat na přebytek elektřiny i na hrozící deficit. Podobně fungují i přečerpávací elektrárny nebo tepelná akumulace. Investice do energetických úložišť jsou ale nenávratné, neobejdou se bez veřejné podpory, která je menší než dlouholetá masivní podpora obnovitelných zdrojů. A tak jejich výstavba za soláry a větrníky zaostává.

Platí to i pro Španělsko, byť země patří mezi šampiony i v akumulaci. Ke konci loňského roku disponovala 7,36 GW výkonu v energetických úložištích – většinou v přečerpávacích a termálních systémech. Je to ale zlomek ve srovnání s výkonem solárů a větrníků, který přesahuje 66 GW.

Tento nepoměr se moc nezmění. Španělsko plánuje do roku 2030 zvednout výkon akumulace na 22,5 GW. Zároveň se ovšem má výkon solárů a větrníků zvednout na 140 GW. Podobně klopýtá akumulační byznys za obnovitelnými zdroji i v dalších státech. O Česku, které teprve letos uzákonilo možnost licencovat úložiště jako zdroj elektřiny, nemluvě.

Akumulační byznys, pravda, dostává teď impuls díky novému trendu na trhu s elektřinou. Rychle přibývá hodin, kdy je kvůli nadprodukci solárů a větrníků proud za zápornou cenu. Odebírat elektřinu ze sítě, když jedou soláry naplno, a dodávat ji večer je stále výhodnější. Soustavě to se stabilitou pomáhá. V dohledné době se ale těžko dá počítat s tím, že by akumulace řiditelné zdroje dokázala při stabilizaci soustav plně nahradit.

Další cestou k bezpečnosti je větší míra propojování energetických soustav. Dojde-li v jedné zemi k výpadku, může ke stabilizaci přispět dodávka od sousedů. V propojených systémech se sice snáz přenášejí i poruchy, energetici se ale shodují, že výhody většího propojení převažují. Tlačí na to i Evropská komise.

Podle unijní strategie bude třeba do propojování a modernizace sítí v EU do roku 2030 investovat 550 miliard eur. Těžko většinu z těchto nákladů zaplatí spotřebitelé, jak se investice do sítí financují dnes. Obří výdaje bude třeba v mnohem větší míře krýt z výnosů z emisních povolenek, z nichž se dosud platil hlavně rozvoj zelených elektráren.

Hodně se mluví také o dalším prvku, který má přispět k větší bezpečnosti přenosových soustav: o zákaznické flexibilitě. Tedy ochotě odkládat spotřebu elektřiny v době, kdy je jí nedostatek a cena stoupá, a naopak směřovat spotřebu na období přebytků a nízkých cen. „Ohledně potenciálu flexibility nejsme my akademici jednotní,“ říká však Karel Noháč. „Můj osobní názor je, že není tak vysoký, aby zásadně ovlivňoval centrální soustavu.“

Ukazuje se, že jen s pomocí obnovitelných zdrojů nebude možné energetiku dekarbonizovat. Reakcí na rostoucí riziko výpadků je stále patrnější obrat Evropy k jádru. Týká se to i zemí, které jaderné elektrárny dřív vylučovaly.

Například Belgie už před časem odložila uzavření dvou reaktorů, které měly letos skončit. Minulý týden tamní parlament zrušil zákaz výstavby nových jaderných bloků. Dánská vláda nedávno oznámila, že zvažuje zrušení letitého zákazu jaderné energetiky a začíná analyzovat potenciál jádra, především malých modulárních reaktorů.

Obrat se rýsuje i v samotném Španělsku, které plánuje uzavření svých sedmi jaderných bloků postupně do roku 2035. Před dubnovým blackoutem byly mimochodem tři z nich odstavené. Dva stály z čistě ekonomických důvodů - při vysoké výrobě obnovitelných zdrojů je provoz reaktorů příliš drahý. Provozovatelé španělských jaderek nyní žádají po vládě snížení daní, aby se zlepšila jejich ekonomika, a tlačí na přehodnocení plánovaného konce jádra.

Donedávna to bylo nemyslitelné, po blackoutu to politici už připouštějí. „Jaderná energie bude v našem mixu přítomna nejméně do roku 2035, ale mohla by pokračovat, pokud provozovatelé navrhnou prodloužení, k čemuž dosud nedošlo,“ řekla ministryně energetiky Sara Aagesenová pro agenturu Bloomberg.

Podle Karla Noháče není třeba vzdávat se zelené energetiky, ale nelze prosazovat jen solární a větrné elektrárny bez ohledu na chod a spolehlivost celé soustavy.

„Pokud chceme jít cestou dekarbonizace, což je jasný ekologický trend, cestou decentralizace a digitalizace, pak musíme dělat jednotlivé detaily systému různě precizně, s různou mírou integrace, nebo naopak samostatnosti. Najít v tom správný kompromis bude těžké. Přecházet k němu musíme postupně, šalamounsky. Nikoliv zbrkle, ale velmi plynule. To bude hlavní faktor, aby se to podařilo, jak má,“ uzavírá expert na elektrotechnické systémy.