Преди по-малко от две години, климатични активисти в Испания празнуваха, след като компания за комунални услуги обяви, че ще затвори най-голямата въглищна електроцентрала в страната – Ас Понтес с мощност 1468 MWh. Според активист от Beyond Fossil Fuels, затварянето на въглищната електроцентрала демонстрира „колко възобновяемите енергийни източници превъзхождат изкопаемите горива по цена, енергийна сигурност и привлекателност “.
По-рано този месец възобновяемите енергийни източници изглеждаха добре:
- На 16 април електрическата мрежа на Испания работеше на 100% на алтернативна енергия.
- На 21 април, както отбеляза Дейвид Блекмън, производството на слънчева енергия в страната постави нов рекорд от 20120 MW, което за няколко часа задоволи близо 79% от търсенето.
Това бе миналата седмица.
Вчера Испания, Португалия и други части на Европа (Франция) бяха засегнати от масивно прекъсване на електрозахранването, за което Red Electrica, испанският държавен оператор на електропреносната мрежа, обвинява „много силно колебание “ в електрическата мрежа.
Прекъсването доведе до „транспортен хаос“, тъй като светофарите угаснаха, а метрото и влаковете бяха спрени. Мобилните мрежи прекъснаха работата си. Испания обяви извънредно положение и някои региони вече започват да възстановяват електрозахранването.
Макар че е твърде рано да се обяви някаква конкретна причина, има основания да се смята, че испанската електрическа мрежа, която сега произвежда втората по големина слънчева енергия в Европа (след Германия), е отслабена от силната си зависимост от слънчевата енергия. Няколко минути преди прекъсването на електрозахранването около 60% от електроенергията в испанската мрежа е идвала от слънчева енергия.
Разбирането как слънчевата и вятърната енергия отслабват мрежата изисква разбиране на физиката на електричеството, инерцията на мрежата и това, което професор от университета в Куинсланд нарича ефект на „тенджерата под налягане“ – възобновяемите енергийни източници.
Инерцията на мрежата
Най-лесният начин да се разбере инерцията на мрежата е да се мисли за електричеството като за вода. За разлика от водната система, която може да понесе значителни промени в налягането и дебита, електрическата мрежа работи с много строги допустими отклонения, които изискват напрежението и честотата да останат в тесни диапазони, независимо от натоварването или промените в производството на енергия.
Още от времето на Едисон, мрежата разчита на големи генератори с голяма маса. Теглото на въртящите се части вътре в генераторите има голяма инерция, която поддържа потока на електричество.
Представете си го като налягане върху мрежата на постоянни нива. Масата на тези големи генератори действа като амортисьори, които позволяват на мрежата да абсорбира внезапни промени в натоварването или генерирането.
Използвайки градински маркуч като пример, ето как използвах аналогията с водата, за да опиша мрежата в последната си книга „Въпрос на власт“:
Количеството електрическа енергия (което се измерва във ватове, но в този случай си помислете за литри), което може да се прокара през този маркуч, е произведението на амперите (дебит), умножено по напрежението (водно налягане).
Колкото по-голямо е налягането (волтове) върху водата в градинския маркуч, толкова по-голям е дебитът (ампери), който може да се прокара през него. Колкото по-високо е налягането и дебитът, толкова повече литри вода (вати) могат да бъдат доставени до дома ви.
Аз продължих:
Точно както местната водоснабдителна компания използва помпи, за да доставя тонове вода под високо налягане и обем на своите клиенти, електроснабдителната компания използва въртящи се генератори (представете си ги като електронни помпи), за да изтласка огромни обеми електрони (водни молекули) под високо налягане в локалната мрежа.
Ключовата разлика между водоснабдителната мрежа и електрическата мрежа е, че водоснабдителната мрежа е много по-проста. Например, ако налягането във водоснабдителната мрежа падне, това означава само, че клиентите трябва да отделят малко повече време за пълнене на кафеварките или басейните си.
В електрическата мрежа напрежението (отново, помислете за налягането на водата) трябва да се поддържа стабилно, независимо от това колко клиенти използват електричество… Мрежата трябва да се настройва непрекъснато, така че производството и потреблението на електроенергия да съвпадат.
Съвпадението на производството и потреблението помага да се гарантира, че напрежението в мрежата остава на почти постоянни нива. Ако напрежението се колебае твърде много, могат да възникнат прекъсвания на електрозахранването.
Предизвикателството, което вятърната и слънчевата енергия носят към мрежата, е, че те не осигуряват същия тип въртяща се маса (тоест инерция), на която електрическата мрежа разчита от десетилетия.
Голямата зависимост от слънце и вятър
За да разбера какво се е случило в Испания, се обадих на мой приятел. Той е електроинженер, работил по целия свят, продавайки хардуер, който открива проблеми в електрическата мрежа и помага за подобряване на надеждността ѝ. Работи в тази област от десетилетия.
Предвид ранния етап на разследването, той не искаше да бъде твърде категоричен. Въпреки това, той каза, че е „много вероятно“ голямата зависимост на Испания от слънчевата и вятърната енергия да е допринесла за спирането на тока.
„Това, което виждаме във всички енергийни системи, е, че те са по-крехки. Нямат достатъчно инерция. Имат много по-малък резерв за въртене и марж за грешки. По-рано в кариерата ми беше обичайно да има минимален резерв за въртене от 15%.“
Под резерв за въртене на веригата той визира резервните електроцентрали, работещи в случай на нужда. Днес, каза той, електрическите мрежи „работят с малки маржове и много малък въртящ резерв на веригата (допълнителната мощност, която електроцентралите поддържат в готовност и може да бъде незабавно използвана, ако настъпи внезапно увеличение на търсенето)“.
Най-доброто обяснение за инерцията на мрежата и нейното значение е публикувано през 2016 г. от професор Саймън Бартлет от Университета на Куинсланд.
В статия, написана за Института за енергийна политика на Австралия, озаглавена „ Ефектът „тенджера под налягане“ от периодичното производство на възобновяема енергия върху енергийните системи “, Бартлет заявява, че:
„Практическата горна граница за възобновяемите енергийни източници е около 40% от общото произведено електричество. Увеличаването на периодичното производство на възобновяеми енергийни източници не само намалява стабилността на дадена енергийна система, но може също да увеличи краткосрочния и дългосрочния риск от инвестиране в активи за производство на невъзобновяема енергия и самата енергийна мрежа.“
Ето критичната част, в която той обяснява, че в конвенционална електрическа система:
Въртящата се кинетична енергия в тежките турбини и генератори е незабавно достъпна и автоматично се преобразува в електричество в момента, в който енергийната система започне да се забавя след неочаквана повреда на генератора където и да е в нея.
Електрическата и магнитната енергия от електрическите генератори се освобождава мигновено след повреда в мрежата, играейки критична роля, заедно с въртящата се инерция, за стабилността на енергийната система и защитата на високоскоростната енергийна система.
Както вятърната енергия, така и слънчевите фотоволтаични системи са технически неспособни да съхраняват, контролират и освобождават енергия по нито един от тези начини и просто преобразуват наличния вятър или слънчева светлина в електричество в зависимост от преобладаващите метеорологични условия.“
Бартлет продължи, като каза, че батериите на теория биха могли да отговорят на някои от изискванията на електрическата мрежа, но те „имат ограничена полезност в сравнение с конвенционалните методи“.
Няколко важни неща
Отново е твърде рано да се каже защо Испания, Португалия и части от Франция бяха засегнати от прекъсване на електрозахранването. Прекъсването обаче ни напомня за няколко важни неща:
- Най-важно, то показва колко разрушителни могат да бъдат широко разпространените прекъсвания на електрозахранването.
- Демонстрира колко крехка е нашата електрическа мрежа.
- Това е още едно напомняне, че приемаме надеждността и целостта на електрическата мрежа на свой собствен риск.
Електрическата мрежа е животоподдържащата система, от която зависи цялата ни цивилизация.
Може би е твърде рано да се обвинява алтернативната енергия за спирането на тока, но е ясно, че силната зависимост на Испания от слънчевата енергия е един от основните заподозрени.
Източник: Робърт Брайс.
