Sistemul european de alimentare cu energie Herbert Saurugg - expert în prevenirea întreruperii
Pentru mulți oameni, electricitatea provine în mod natural din priză. Relațiile de bază sunt rareori cunoscute. În spatele securității noastre foarte ridicate de aprovizionare se află nu doar un sistem național, ci un sistem european de rețea care funcționează numai în mod fiabil în ansamblu. Aceasta a fost construită pentru centrale electrice mari ușor de calculat și controlabil și până acum a fost operată cu succes. Cu toate acestea, în ultimele două decenii, multe condiții-cadru s-au schimbat semnificativ. Cum ar fi parcul centralei electrice. Numai în Germania, numărul plantelor de generație a crescut de la aproximativ 1.000 la peste 1,7 milioane de plante în ultimii 20 de ani. Acest lucru nu numai că modifică caracteristicile generației, ci și comportamentul sistemului. Deoarece numeroasele sisteme noi trebuie, de asemenea, să fie conectate în rețea și integrate, ceea ce schimbă la rândul său complexitatea sistemului general.
Echilibru fragil
Un sistem de alimentare bazat pe curent alternativ funcționează numai dacă există unul echilibru permanent între generație și consum poate fi asigurat. În caz contrar, sistemul se va prăbuși. Indicatorul pentru echilibru sau stabilitatea sistemului este frecvența, care în Europa este de 50 Hz. Dacă se folosește mai puțină energie electrică decât se produce, frecvența crește. Dacă, pe de altă parte, se consumă mai mult decât se produce, aceasta cade. Pentru comparație: pe un drum plan, este ușor pentru un biciclist să mențină viteza. Dar de îndată ce există o înclinație, el trebuie să pedaleze mai tare pentru a rămâne la fel de rapid. Pe de altă parte, dacă lucrurile merg în jos, el trebuie să frâneze, astfel încât să nu devină din ce în ce mai rapid. Dacă frecvența în rețea scade sau crește prea repede, generatoarele importante pot fi deteriorate.
Fragila rețea europeană
de SRF Blackout Theme Day 2017
Eforturi sporite pentru menținerea securității sistemului
Expansiunea rapidă a plantelor de generare descentralizate sau volatile a fost mult timp subestimată, deoarece acestea s-au pierdut mult timp în zgomotul sistemului pe scară largă. Între timp, totuși, a fost atins un nivel de performanță care este relevant din punct de vedere sistemic sau poate fi, de asemenea, sistemic periculos. În acest context, volatil înseamnă că producția fluctuează din cauza prezenței vântului sau a soarelui și că stabilitatea sistemului trebuie asigurată prin măsuri compensatorii adecvate de către alte centrale electrice. Prin urmare, controlul rețelei a fost mai exigent și mai costisitor de ani de zile, deoarece sunt necesare tot mai multe măsuri pentru stabilizarea rețelei (a se vedea evaluarea redispatching-ului și a opririlor intraday).
Ce este redispatch?
Videoclipul de la TRANSNET BW explică foarte bine ce se întâmplă exact în timpul gestionării redispatchului/blocajului.
Dezvoltarea costurilor de gestionare a congestiei (sursa datelor: APG); 2019: numai primul și al doilea trimestru
Schimbarea rapidă a condițiilor cadru
Măsurile de reglementare inițial sensibile, cum ar fi alimentarea preferată a energiilor regenerabile (RE), conduc acum din ce în ce mai mult la „situații de stres” critice în sistemul general. În plus, lipsesc sau întârzie măsurile de extindere a infrastructurii (extinderea rețelei) pentru a putea aduce electricitatea acolo unde este nevoie. Deoarece generația „descentralizată” nu este adesea atât de descentralizată sau locală pe cât s-ar putea crede. Turbinele eoliene, în special, sunt foarte concentrate și, mai ales în Germania, departe de principalele centre de consum. O altă măsură de reglementare, și anume faptul că sistemele fotovoltaice trebuie să se deconecteze de la rețea la o frecvență de peste 50,2 Hz, a fost abrogată în scopuri de reglementare. Realitatea va arăta dacă măsurile sunt într-adevăr suficiente. Cu toate acestea, este foarte îndoielnic, deoarece nu este doar o problemă germană, ci o problemă paneuropeană. Vezi mai departe: Problema de 50,2 Hz
Elementele critice ale sistemului maselor centrifuge și stocarea energiei
Reducerea rezervei momentane („mase de volant”) și lipsa unor măsuri extinse de stocare a energiei pentru a putea compensa în mod adecvat oprirea centralelor electrice convenționale devin probleme din ce în ce mai mari.
Masele centrifugale, în special, au o importanță centrală pentru a putea menține stabilitatea și securitatea inerente a sistemului fără a fi nevoie să intervină. În prezent există o lipsă de soluții alternative sau „acestea nu dau roade”.
Elementele importante ale sistemului pot fi eliminate din sistem numai atunci când este disponibilă o înlocuire adecvată. În prezent, însă, se face al doilea pas înainte de primul, care nu va merge bine în viitorul previzibil.
În plus, există o constatare importantă din cercetarea complexității care este greu de luat în considerare în „soluțiile inteligente”:
Palmer și colegii săi de la Institutul Santa Fe din Santa Fe, New Mexico au dezvoltat o piață de valori virtuală populată de agenți virtuali. Fiecare dintre agenți și-ar putea schimba regulile de investiții în timp. Au descoperit că, atunci când agenții își puteau actualiza regulile de investiții încet, atunci piața convergea la ipoteza așteptărilor raționale, deoarece regulile proaste erau eliminate în timp, cu toate acestea, dacă agenții își puteau actualiza regulile de investiții rapid, atunci bursa virtuală ar fi expus bule și accidente la fel ca piața de valori reală, deoarece regulile proaste ar putea să se hrănească reciproc.
Chiar și pe o piață cu bule, faptul că piața se află într-o bule poate fi recunoscut pe scară largă. Cu toate acestea, acest lucru nu provoacă un accident imediat. De ce? Timpul este important.
După o întrerupere („blackfall”): restabilirea rețelei
O întrerupere este denumită în lumea tehnică drept o eroare majoră sau o cădere. Nu numai că liniile, dar și centralele electrice nu au electricitate. Acestea se opresc de la o anumită abatere de frecvență pentru a se proteja împotriva distrugerii. O centrală electrică cu „pornire neagră” care nu este special pregătită pentru acest caz nu mai poate porni singură, ci necesită o frecvență de 50 Hz din rețeaua electrică pentru a porni din nou. O astfel de centrală electrică trebuie, de asemenea, să fie proiectată pentru funcționarea în insulă și să poată face față conexiunilor de sarcină în salturi suficient de mari.
În Austria există oficial două (1,5 GW), în Elveția patru și în Germania 120 (9,7 GW) centrale electrice capabile de pornire neagră. Cu toate acestea, în Austria există încă câteva alte centrale electrice descentralizate, mai mici, cu capacitate de pornire neagră din trecut, de obicei centrale de apă sau de stocare. Centrele electrice de stocare cu pompă au, în special, o eficiență foarte mare, ceea ce explică, de asemenea, de ce există doar 2 centrale în Austria și 120 în Germania, în timp ce există o diferență de producție de doar 6,4 ori.
Un început negru nu este o provocare pur tehnică. Mai degrabă, cerințele organizaționale și personale sunt, de asemenea, decisive pentru succes. Prin urmare, un start negru coordonat cu 120 de centrale este mult mai complex și predispus la erori decât cu 2 centrale, de exemplu. Erorile pot apărea atunci când subrețelele sunt interconectate, ceea ce poate duce la o colapsare reînnoită a zonei de rețea care funcționează deja și este conectată din nou. Vezi și prăbușirea puterii în iarna extremă:
Puterea s-a prăbușit în iarna 1978/79
de www.mdr.de
Funcționarea zilnică a rețelei electrice și pornirea neagră pot fi comparate cu zborul. Operațiunea zilnică este ca un zbor. Uneori există turbulențe, apoi pilotul trebuie să intervină. În caz contrar, pilotul automat poate zbura și el. Cu toate acestea, decolarea unei aeronave necesită o atenție și abilități speciale. Acesta este și cazul cu un start negru. Cu toate acestea, acest lucru poate fi instruit doar pe simulator. Pe de altă parte, nu doar doi piloți sunt la volan timp de câteva minute, ci mulți și asta în multe ore sau chiar zile. Deci nu va fi o plimbare în parc, chiar dacă operatorii de rețea se pregătesc cu atenție pentru ziua X.
Politica energetică a UE
La nivelul UE, o piață comună a energiei electrice este urmărită cu mare vehemență, unde aceleași condiții de piață ar trebui să prevaleze peste tot, dar asta nu are prea mult de-a face cu cerințele de infrastructură care nu au fost niciodată concepute pentru aceasta. Prin urmare, se separă și piața electricității și rețeaua electrică în gândire („piață numai cu energie”). Dar fizica nu poate fi atinsă de regulile pieței. Dar dimpotrivă.
Pe de altă parte, fiecare țară are propria politică energetică și tranziția energetică. În direcții diferite. În timp ce unii se țin de politica nucleară sau electrică pe bază de cărbune sau chiar vor să le extindă, alții vor să treacă la energiile regenerabile cât mai repede posibil. Drept urmare, se ciocnesc lumi de gândire, dar și abordări transfigurate dogmatic. De la 1 octombrie 2018 va exista și o piață europeană care utilizează algoritmi complexi.
Mantra generală este că piața o va rezolva. Doar o piață liberă înseamnă că participanții trebuie să poată eșua, ceea ce poate fi periculos în sistemul de alimentare cu energie electrică. Proiectele de infrastructură necesită adesea ani de plumb și sunt deseori concepute să dureze decenii. Acest lucru contrazice urmărirea profitului pe termen scurt, orientat spre piață. Considerentele actuale privind închiderea centralelor electrice pe cărbune sunt, în general, binevenite. De multe ori trecem cu vederea faptul că oferă și servicii esențiale de sistem sub formă de rezerve instantanee cu masele rotative. Aici apar în total mai mulți nori întunecați.
Rețeaua electrică a viitorului: un sistem de celule energetice
Pentru ca trecerea la o sursă completă de energii regenerabile să funcționeze, avem nevoie și de un nou sistem de proiectare: un sistem de celule energetice, adică unități funcționale descentralizate, autonome. Suntem încă departe de asta.
Videoclipul proiectului de cercetare german „KombiKraftwerk2” descrie foarte clar legăturile și provocările. Proiectul încheie, printre altele:
Unele eforturi politice, economice și tehnice vor trebui făcute în următorii câțiva ani și decenii pentru a atinge obiectivul tranziției energetice. Provocările de menținere a stabilității rețelei generate de schimbarea alimentării cu energie electrică se găsesc mai puțin în energiile regenerabile, întrucât acestea îndeplinesc practic cerințele tehnice pentru stabilizarea rețelei. Mai degrabă, noua structură a viitoarei generări și distribuții de energie necesită o regândire a organizării sistemului. Aceasta implică o transformare a sistemului care se concentrează pe sistemele eoliene și fotovoltaice de alimentare fluctuante ca pilon al sursei de alimentare. Sistemele flexibile de biomasă (biogaz și biomasă solidă) și sistemele de biometan, precum și stocarea sunt o parte esențială a sistemului energetic și contribuie la performanțe sigure. Fără o extindere corespunzătoare adaptată a rețelei cu toate componentele sale, o adaptare a reglementărilor și a piețelor, schimbarea sursei de alimentare nu va avea succes. Recompensa pentru aceste eforturi este o sursă de alimentare modernă, curată și stabilă.
O considerație critică și sistemică
Când privim sistemul dintr-un punct de vedere sistemic, devine rapid evident că „tranziția energetică”, deoarece se desfășoară în prezent, neglijează în mod clar aspectele sistemice. Deoarece un sistem este mai mult decât suma elementelor sale individuale. „Firele invizibile” dintre elementele sistemului sunt decisive. De exemplu, liniile dintre centralele generatoare și utilizatorii de energie („consumatori”), sistemele de stocare și tampon (stocarea energiei) pentru a putea compensa volatilitatea generării volatile. Controlul rețelei, care trebuie să arate diferit într-un sistem complex, descentralizat decât în sistemul ierarhic centralizat anterior. În plus, trebuie să se țină cont de orizonturi mari de timp, de la milisecunde (protecție), la secunde/minute (controlul rețelei sau înlocuirea maselor rotative), echilibrul energetic (ore/zile/săptămâni) până la durabilitate (ani/decenii). Toate acestea sunt greu luate în considerare pe piața actuală și concentrarea prețurilor. Ascultați un fragment din SRF Blackout Topic Day: Ziua 6: Nu există nicio normalitate la vedere - comerciant de energie electrică și operator de rețea:
Cine e de vină?
de SRF Blackout Theme Day 2017
Odată cu creșterea numărului de elemente ale sistemului, crește și interacțiunile din acest sistem. Și exponențial. Dezvoltări pe care le putem dovedi că nu ne putem descurca bine. Controlabilitatea sistemului scade. Mecanismele pe care le-am folosit până acum funcționează din ce în ce mai puțin și riscul unei prăbușiri a sistemului crește. Acest lucru poate fi contracarat doar cu o proiectare corespunzătoare a sistemului viabil (sistemul de celule energetice), care a lipsit în mare măsură sau abia începe să se întâmple.
Marea speranță se află în prezent în tehnologiile „inteligente”, deși abordările anterioare tind să conducă la un punct mort mai degrabă decât să contribuie la soluție (a se vedea, de exemplu: Rețeaua inteligentă în epoca cyberwarului a dus la probleme din ce în ce mai nesoluționate și din ce în ce mai dificil de controlat. Chiar dacă problemele anterioare au loc în principal în spațiul virtual, există deja enorme daune financiare în consecință în lumea reală. Este imposibil să ne imaginăm ce s-ar întâmpla dacă aceste evoluții ar trece peste sectorul infrastructurii și ar duce la eșecuri în ceea ce privește disponibilitatea sistemelor de infrastructură în rețea, ca și în Ucraina în 2015. Tehnologiile inteligente vor trebui cu siguranță să aducă o contribuție la tranziția energetică. Cu toate acestea, din punct de vedere sistemic, conceptele actuale ar trebui puse sub semnul întrebării mai critic, deoarece rețeaua crește complexitatea, ceea ce duce la o schimbare și nu în precedentul nostru n ceea ce înseamnă comportamentul controlabil al sistemului.
Informații generale
În rețeaua europeană, aproximativ 530 de milioane de oameni din peste 30 de țări sunt alimentați cu energie electrică. Rețeaua continentală europeană este „cea mai mare mașină” din Europa, dacă nu chiar din lume.
Puterea reactivă
Pentru ca transmisia de energie în rețea să funcționeze, este necesară o putere reactivă pentru a crește tensiunea. Puterea reactivă ar trebui să fie întotdeauna în raportul corect cu puterea reală care ajunge efectiv la consumator, astfel încât transportul electricității să nu fie afectat. Aceasta înseamnă că electricitatea nu poate fi transportată fără putere reactivă, dar prea multă putere reactivă în rețea reduce puterea activă și poate avea un efect negativ corespunzător asupra transmiterii de energie electrică. Totul depinde de suma corectă.
Mai simplu spus, puterea reactivă este capul unei beri, iar berea însăși este puterea activă. Dacă o bere este turnată incorect, se poate forma prea multă spumă. Dacă berea stă prea mult timp, spuma devine instabilă, scade și calitatea berii suferă. Capul de spumă trebuie să fie întotdeauna în proporția corectă cu berea. În vechea lume a energiei, centralele nucleare și alți mari producători erau, pentru a rămâne în imagine, fabricile de bere care se asigurau că capul de spumă, adică puterea reactivă, era livrat în proporția corectă cu berea rămasă, adică puterea activă. Deoarece toate centralele nucleare vor fi scoase din rețea până în 2022, operatorii de sisteme de transport (OTS) vor deveni acum maeștri de bere pentru energie reactivă pentru a-și putea îndeplini mandatul legal de a opera o rețea sigură non-stop în viitor, de asemenea.
Pentru a putea regla puterea reactivă și a o face disponibilă în cantități suficiente pentru întreaga rețea, TenneT, de exemplu, a instalat deja bobine de compensare și sisteme MSCDN în multe dintre cele 129 de stații, care contribuie la furnizarea statică a puterii reactive. Sunt instalate și schimbătoare de fază rotative. Acest sistem aduce o contribuție la puterea de scurtcircuit a acestui nod de rețea - o sarcină care a fost îndeplinită anterior de generatorul centralei nucleare Grafenrheinfeld, de exemplu. În plus, se investighează dacă, de exemplu, energia eoliană și sistemele fotovoltaice pot contribui la securitatea sistemului și a alimentării prin furnizarea de energie reactivă.