Σε ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας που κυριαρχείται ολοένα και περισσότερο από την αιολική, την ηλιακή ενέργεια και τις μπαταρίες, το κεντρικό ερώτημα για τον κίνδυνο αλλάζει. Δεν είναι απλώς αν έχουμε αρκετά μεγαβάτ, αλλά αν το σύστημα μπορεί να παραμείνει ευσταθές όσο αυτά τα μεγαβάτ αποδίδονται στην κατανάλωση.
Αυτή η διάκριση είναι κρίσιμη. Ένα σύστημα μπορεί να έχει άφθονη εγκατεστημένη ισχύ με υπεραρκετές "ανανεώσιμες" πηγές ενέργειας (ΑΠΕ), ενώ παράλληλα ενδέχεται να είναι πολύ ευάλωτο σε ταχέως εξελισσόμενη φυσική αστάθεια.
Η δυσκολία έγκειται στο ότι πολλές από τις πιο σημαντικές υπηρεσίες σταθερότητας σε ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας ιστορικά ήταν αόρατες στις αγορές, επειδή ήταν συνδεδεμένες με συμβατικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας. Οι γεννήτριες άνθρακα, πετρελαίου, φυσικού αερίου, πυρηνικής ενέργειας και υδροηλεκτρικής ενέργειας, που είναι συνδεδεμένες στα ηλεκτρικά δίκτυα, είναι βαρέως τύπου περιστρεφόμενος εξοπλισμός, ο οποίος έχει τόσο φυσική όσο και ηλεκτρομαγνητική σύζευξη με το ηλεκτρικό δίκτυο, προσφέροντας αδράνεια με επακόλουθη υποστήριξη της τάσης και του ρεύματος σφάλματος. Η αγορά πλήρωνε για την ηλεκτρική ενέργεια, αλλά λάμβανε σταθερότητα δικτύου λίγο πολύ δωρεάν.
Αλλά τώρα αυτό το πακέτο αποδυναμώνεται επειδή οι πόροι που βασίζονται στους μετατροπείς σταθερού ρεύματος σε εναλλασσόμενο — αιολικά, ηλιακά και μπαταρίες (BESS) — λειτουργούν διαφορετικά. Παράγουν συνεχές αντί για εναλλασσόμενο ρεύμα και δεν συνδέονται με το δίκτυο με τον ίδιο τρόπο που συνδέεται η συμβατική παραγωγή.
Σε αντίθεση με τις σύγχρονες μηχανές, οι μετατροπείς μπορούν να εισάγουν αρμονικές, τρεμόπαιγμα και ανισορροπίες στην τάση στο σύστημα ισχύος. Ενώ οι συμβατικές σύγχρονες γεννήτριες λειτουργούν ως καταβόθρες για συγκεκριμένες αρμονικές, συμπεριλαμβανομένων σημαντικών αρμονικών όπως η δεύτερη αρμονική, οι μετατροπείς που σχηματίζουν δίκτυο συνήθως εκπέμπουν αντί να μετριάζουν τις αρμονικές. Οι εμπορικά διαθέσιμοι μετατροπείς που χρησιμοποιούνται σήμερα δεν θα πρέπει να θεωρείται ότι συμπεριφέρονται σαν μεγάλες σύγχρονες μηχανές!
Τα δίκτυα που κυριαρχούνται από "ανανεώσιμες" πηγές ενέργειας είναι θεμελιωδώς πιο εύθραυστα από τα συμβατικά δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας. Δυστυχώς όμως, η πολιτική συνεχίζει να υστερεί σε σχέση με την πραγματικότητα στον τομέα της εφαρμοσμένης μηχανικής — αφενός μεν αποδεχόμενη μια ψευδή αίσθηση ασφάλειας, αφετέρου δε θεσμοθετώντας εξοργιστικές επιβαρύνσεις εξαιτίας των ΑΠΕ, οι οποίες οδηγούν σε πανάκριβες τιμές ανά kWh!
Δεν πρόκειται να σας κάνω διάλεξη ηλεκτρολογικής μηχανολογίας, αλλά υπάρχουν τρεις ιδέες που πρέπει να έχουμε κατά νου.
Η πρώτη ιδέα είναι η συχνότητα. Η συχνότητα είναι ο καρδιακός παλμός του ηλεκτρικού δικτύου. Τα περισσότερα ευρωπαϊκά δίκτυα λειτουργούν στα 50 Hz — δηλαδή η τάση και το ρεύμα διανύουν 50 πλήρεις κύκλους ανά δευτερόλεπτο. Εάν η προσφορά και η ζήτηση είναι σε ισορροπία, η συχνότητα παραμένει κοντά σε αυτήν την τιμή, αλλά εάν η ζήτηση είναι μεγαλύτερη από την προσφορά, η συχνότητα μειώνεται και εάν η προσφορά είναι μεγαλύτερη από τη ζήτηση, η συχνότητα αυξάνεται.
Ο εξοπλισμός έχει σχεδιαστεί για να ανέχεται μόνο περιορισμένες αποκλίσεις της τάξης του ±1%, επομένως εάν η συχνότητα μετακινηθεί σε μεγαλύτερο εύρος, τα συστήματα προστασίας αποσυνδέουν τις μηχανές για να αποτρέψουν ζημιές. Αυτό σημαίνει ότι ακόμη και σχετικά μέτριες αποκλίσεις συχνότητας μπορούν να οδηγήσουν σε διακοπές ρεύματος.
Επειδή η σταθερή συχνότητα συνδέεται με τη διατήρηση ισορροπίας μεταξύ προσφοράς και ζήτησης, είναι λογικό οι διαλείπουσες πηγές παραγωγής, με τις εγγενείς, γρήγορες και μεγάλες διακυμάνσεις τους, λόγω ριπών ανέμου και νεφών που διέρχονται μπροστά από τον ήλιο, να καθιστούν αυτή την ισορροπία πιο δύσκολη και δαπανηρή για τις ΑΠΕ, αφού δεν λειτουργούν χωρίς άνεμο και ήλιο, αρκετές φορές ακόμα και για μεγάλα χρονικά διαστήματα!
Η δεύτερη ιδέα είναι η τάση. Η τάση συχνά περιγράφεται ως η ηλεκτρική πίεση που ωθεί το ρεύμα μέσω του δικτύου. Σε αντίθεση με τη συχνότητα, η οποία είναι σε γενικές γραμμές η ίδια παντού στο δίκτυο, ελλείψει συνθηκών σφάλματος, η τάση ποικίλλει ανάλογα με την τοποθεσία. Αυτό συμβαίνει επειδή ο τύπος εξοπλισμού που συνδέεται στο δίκτυο επηρεάζει την τάση — τα χωρητικά και τα επαγωγικά φορτία επηρεάζουν την τάση διαφορετικά.
Οι διαχειριστές του δικτύου δεν μπορούν να ελέγξουν τους τύπους μηχανημάτων που χρησιμοποιούν οι άνθρωποι και επομένως δεν μπορούν να ελέγξουν τα υποκείμενα τοπικά χαρακτηριστικά τάσης του δικτύου. Μπορούν μόνο να ανταποκριθούν στις αλλαγές στην τάση και να προσπαθήσουν να τη διατηρήσουν σταθερή.
Η τρίτη ιδέα είναι η αδράνεια, αν και είναι μια έννοια που δεν χρησιμοποιείται πάντα σωστά. Οι άνθρωποι συχνά χρησιμοποιούν την αδράνεια σαν να είναι ένας μόνο αριθμός, αλλά στην πράξη, είναι μια συντομογραφία για ένα ευρύτερο σύνολο σταθεροποιητικών ιδιοτήτων που παρέχονται από τις σύγχρονες μηχανές. Η φυσική τους μάζα αντιστέκεται στις γρήγορες αλλαγές στην ταχύτητα — αυτή είναι η φυσική αδράνεια και η πιο συμβατική εφαρμογή του όρου.
Αλλά οι συμβατικές γεννήτριες έχουν επίσης και ηλεκτρομαγνητική αδράνεια — η ηλεκτρομαγνητική τους σύζευξη με το δίκτυο βοηθά στη συγκράτηση της κυματομορφής τάσης και υποστηρίζει την τοπική τάση, αλλά και το ρεύμα σφάλματος βοηθά τα συστήματα προστασίας να εντοπίζουν και να απομονώνουν σφάλματα.
Η αντικατάσταση αυτών των εγγενών ιδιοτήτων των σύγχρονων γεννητριών με ένα δίκτυο που κυριαρχείται από διαλείπουσες ΑΠΕ δεν είναι αυτόματη. Δεν είναι χωρίς κόστος και δεν είναι ακίνδυνη.
Καθώς η αιολική και η ηλιακή ενέργεια αντικαθιστούν τις συμβατικές γεννήτριες, αυτές οι σταθεροποιητικές ιδιότητες χάνονται και τα δίκτυα γίνονται λιγότερο σταθερά. Είναι πιο επιρρεπή σε βλάβες και οι βλάβες είναι πιο δύσκολο να αποσβεστούν όταν εμφανίζονται.
Ενδεχομένως να έχετε επαρκή εγκατεστημένη ισχύ με αδρή παραγωγή από ΑΠΕ και μολαταύτα να αντιμετωπίζετε μια ταχέως εξελισσόμενη βλάβη σε ολόκληρο το σύστημα, εάν ο έλεγχος της τάσης, αλλά και η ευστάθεια του συστήματος δεν αντιμετωπίζονται σωστά.
Οι σύγχρονες μηχανές αντιδρούν άμεσα σε συνθήκες σφάλματος λόγω της φυσικής και ηλεκτρομαγνητικής σύζευξής τους με το δίκτυο. Αντίθετα, οι μετατροπείς των ανανεώσιμων πηγών καθυστερούν γιατί πρέπει να μετρούν, να ερμηνεύουν και να ενεργούν μέσω λογισμικού και χειριστηρίων.
Αυτή η διαφορά μπορεί να ακούγεται ακαδημαϊκή, αλλά δεν είναι.
Η περσινή ιβηρική συσκότιση έδειξε ότι το blackout προκλήθηκε από σωρευτικές περιστάσεις, όπου καταστρατηγήθηκε ένα συγκεκριμένο κριτήριο ασφαλείας, που κατέληξε σε πρόβλημα υπέρτασης και σε διαδοχικές διακοπές λειτουργίας της παραγωγής. Σε περιβάλλον ταλαντώσεων συχνότητας και τάσης σε συνδυασμό με υπερπροσφορά κυρίως ηλιακής ενέργειας, η οποία οδήγησε σε αρνητικές τιμές, οι παραγωγοί ηλιακής και (δευτερευόντως) αιολικής ενέργειας αγνόησαν τους κανονισμούς και διέκοψαν την λειτουργία τους, επειδή δεν ήθελαν να παράγουν ενέργεια και να την πληρώνουν, αντί να εισπράττουν!
Με λίγα λόγια, η διαδικασία δυναμικής ρύθμισης της τάσης στο ηλεκτρικό δίκτυο της Ισπανίας δεν συμμορφώθηκε με την υποχρέωση για "απορρόφηση" της αέργου ισχύος, ενώ ο διαχειριστής του συστήματος είχε θεωρήσει ότι υπήρχε συμμόρφωση σύμφωνα με τους υπολογισμούς του.
Συγκεκριμένα, μεγάλες ποσότητες αιολικής και ηλιακής παραγωγής δεν λειτούργησαν όταν η συχνότητα μειώθηκε περισσότερο από 0.5 Hz, μη τηρώντας τις υποχρεώσεις ride-through, δηλαδή τη δέσμευση των μονάδων παραγωγής ΑΠΕ να παραμένουν συνδεδεμένες και να υποστηρίζουν το ηλεκτρικό δίκτυο κατά τη διάρκεια διακυμάνσεων ή σφαλμάτων τάσης ή συχνότητας που απορρέουν από σφάλματα εφαρμογής των κανονισμών. Αυτή η μη συμμόρφωση ήταν τελικά ο παράγοντας που προκάλεσε τη διακοπή λειτουργίας του δικτύου, οδηγώντας σε έντεκα άμεσους θανάτους και έως και 165 επιπλέον θανάτους κατά τη διάρκεια των δύο ημερών που επηρεάστηκαν από τη διακοπή!
Ο διαχειριστής του δικτύου υπέθεσε συμμόρφωση στους κώδικες. Αλλά η συμμόρφωση στους κανονισμούς ήταν στην καλύτερη περίπτωση ανομοιογενής.
Ήταν επίσης προφανές ότι οι ταλαντώσεις τάσης και συχνότητας παρατηρούνται συχνά τόσο στο ισπανικό δίκτυο όσο και σε ολόκληρη την Ευρώπη και δυστυχώς κατάντησαν να θεωρούνται φυσιολογικές. Αυτό ακούγεται πολύ σαν ομαλοποίηση των αποκλίσεων. Είναι απαράδεκτος ο εφησυχασμός απέναντι στα προειδοποιητικά σημάδια επειδή δεν έχει συμβεί ακόμα τίποτα κακό.
Η συμπεριφορά που θα έπρεπε να αντιμετωπίζεται ως μη φυσιολογική, καθίσταται αποδεκτή ως φυσιολογική, ενώ η απουσία καταστροφής θεωρείται λανθασμένα ως ένδειξη ασφάλειας. Ατυχώς, αυτό συνέβη στο ιβηρικό blackout και η αποδοχή αυτών των αποκλίσεων από τις επίσημες αναφορές υποδηλώνει ότι ο κίνδυνος παραμένει.
Οι επίμονες ταλαντώσεις, η κακή απόσβεση, αλλά και οι δομές των ανανεώσιμων, που βασίζονταν στους μετατροπείς σταθερού ρεύματος σε εναλλασσόμενο, δεν ανταποκρίνονταν σωστά και σαφώς ήταν προειδοποιητικά σημάδια, ακόμη και αν το σύστημα λειτουργούσε ακόμα θεωρητικά εντός των παραμέτρων του. Μέχρι που προφανώς δεν λειτουργούσε και συνέβη η διακοπή ρεύματος.
Σε ένα μεταβαλλόμενο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας, το κανονικό εύρος λειτουργίας του χθες μπορεί να μην αποτελεί αξιόπιστο οδηγό για τον κίνδυνο του αύριο. Οι επαναλαμβανόμενες μικρές διαταραχές δεν αποτελούν απαραίτητα απόδειξη ότι το σύστημα είναι ανθεκτικό. Μπορεί να αποτελούν απόδειξη ότι το σύστημα "ανέχεται" τις μη φυσιολογικές συνθήκες. Το να υποθέσουμε ότι η ανοχή θα συνεχιστεί ή ότι γνωρίζουμε ποιες είναι οι οριακές συνθήκες δεν αποτελεί διαχείριση κινδύνου, είναι... ελπίδα.
Η ομαλοποίηση των αποκλίσεων δεν είναι μια θεωρητική έννοια - είναι ορατή σε κάθε τομέα. Στον ηλεκτρισμό, παραδείγματα μπορεί να περιλαμβάνουν συχνές ταλαντώσεις της τάσης, επαναλαμβανόμενες ενέργειες περιορισμού, αυξανόμενη εξάρτηση σε ανακατανομές έκτακτης ανάγκης, μεγαλύτερους όγκους περικοπών, μη δοκιμασμένες υποθέσεις μαύρης εκκίνησης, επαναλαμβανόμενες καθυστερήσεις στην ενίσχυση του δικτύου, μη συμμόρφωση με τους κανονισμούς (κώδικες) δικτύου που αντιμετωπίζονται ως διοικητικά ζητήματα και τέλος εξάρτηση από έναν μικρό αριθμό παλαιών σύγχρονων μηχανών για τοπική σταθερότητα.
Μεμονωμένα, οποιοδήποτε από αυτά μπορεί να είναι διαχειρίσιμο, αλλά όλα μαζί, μπορεί να υποδηλώνουν ένα σύστημα που οδεύει προς την ευθραυστότητα, και ένα σύστημα χωρίς εργαλεία για να το διαχειριστούμε.
Δυστυχώς, δεκαετίες ισχυρών δικτύων οδήγησαν τους διαχειριστές συστημάτων να επικεντρωθούν σχεδόν αποκλειστικά στον έλεγχο της συχνότητας. Η σταθερότητα της τάσης θεωρούνταν δεδομένη. Τώρα ανακαλύπτουν ξανά την τοπική φύση της τάσης.
Φυσικά, εάν ένα περιφερειακό δίκτυο καταστεί μη λειτουργικό, οι αλυσιδωτές επιπτώσεις θα είναι σοβαρές. Ζωές θα τεθούν σε κίνδυνο. Οι επιχειρήσεις δεν θα μπορούν να λειτουργήσουν. Τα περιουσιακά στοιχεία θα χάσουν αξία. Ο νόμος και η τάξη ενδέχεται ακόμη και να καταρρεύσουν.
Πολλά κρατικά σχέδια μαζικής και βιαστικής εισαγωγής των ΑΠΕ (όπως πχ στην Ελλάδα!) υποθέτουν ότι τα αιολικά, ηλιακά, οι μπαταρίες και τα ηλεκτρονικά που σχηματίζουν δίκτυα θα επεκταθούν ομαλά. Ίσως να το κάνουν. Αλλά ένας συνετός διαχειριστής κινδύνου θα πρέπει να αναρωτηθεί τι θα συμβεί εάν η μηχανική των αλλαγών υπαρχόντων και νέων δικτυακών υποδομών διαρκέσει περισσότερο από το χρονοδιάγραμμα της μη ενημερωμένης πολιτικής, που παύει να βασίζεται στην επιστήμη, αλλά είναι κυρίως πεισματική ιδεολογία; Τι θα συμβεί εάν τα περιουσιακά στοιχεία των ΑΠΕ κατασκευαστούν πριν το δίκτυο είναι πανέτοιμο; Τι θα συμβεί εάν οι αγορές ανταμείψουν πλουσιοπάροχα την παραγωγή ενέργειας αλλά υποπληρώσουν τη σταθερότητα; Τι θα συμβεί εάν το σύστημα εξαρτηθεί από υπηρεσίες που δεν έχουν ακόμη αποδειχθεί σε μεγάλη κλίμακα;
Ακούμε πολλά στις μέρες μας για την ενεργειακή ασφάλεια. Οι περισσότεροι άνθρωποι αντμετωπίζουν αυτό το ζήτημα με όρους εφοδιασμού καυσίμων ή διαχείρισης της διακοπτόμενης λειτουργίας. Η σταθερότητα του δικτύου παραμελείται, κυρίως λόγω της αντιληπτής απειλής για την ενεργειακή μετάβαση, που προκύπτει από την παραδοχή ότι αφού τα αιολικά, η ηλιακή ενέργεια και οι μπαταρίες καθιστούν το δίκτυο λιγότερο σταθερό, το κοινό μπορεί να είναι λιγότερο πρόθυμο να συνεχίσει μια μετάβαση, που ήδη είναι πολύ πιο ακριβή από ό,τι του υποσχέθηκαν, αφού και οι λογαριασμοί του ρεύματος είναι στα ύψη, αλλά και οι υπέρογκες επιδοτήσεις των ΑΠΕ τεχνολογιών έχουν ήδη ξεπεράσει παγκοσμίως τα 35 χρόνια, πράγμα που είναι εντελώς απαράδεκτο και δεν συμβαίνει με καμμία άλλη μη οικονομικά συμφέρουσα επένδυση!
Δυστυχώς, υπάρχουν πολύ λίγοι άνθρωποι που χαράσσουν ενεργειακή πολιτική και κατανοούν τη φυσική των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας. Σχεδόν κατανοούν την χωρητικότητα, αλλά δεν έχουν ιδέα για την τάση. Ακόμα και εντός του τομέα, πάρα πολλοί άνθρωποι χρησιμοποιούν όρους όπως «άεργος ισχύς» χωρίς να καταλαβαίνουν πραγματικά τι σημαίνουν.
Όχι μόνο δεν κατανοούν τους κινδύνους για τη σταθερότητα του δικτύου, αλλά επιδιώκουν ενεργά να αποφύγουν την κατανόησή τους. Πρέπει να αναρωτηθούμε υπό ποιες συνθήκες, σε ποια κλίμακα, σε ποια τοποθεσία, θα μπορούσε να αποτύχει το δίκτυο. Ποιες δοκιμές και συμβατικά κίνητρα θα μπορούσαν να το αποτρέψουν ή να μετριάσουν τους κινδύνους που αντιμετωπίζουν οι μεμονωμένοι συμμετέχοντες στην αγορά. Και αν η αγορά αποτύχει, ποιος θα είναι ο τρόπος αποτυχίας και ποιος θα αναλάβει τον υπολειπόμενο κίνδυνο;
Οι αγορές ηλεκτρικής ενέργειας είναι πολύ καλές στο να πληρώνουν για μετρήσιμα αγαθά όπως η ενέργεια και η χωρητικότητα. Είναι λιγότερο καλές στο να πληρώνουν για ιδιότητες συστήματος όπως η υποστήριξη τάσης, η αδράνεια, το ρεύμα σφάλματος, η απόσβεση, η ικανότητα επανεκκίνησης και η ισχύς του συστήματος.
Κάποια από αυτά είναι τοπικά. Κάποια είναι δυναμικά. Κάποια αποκαλύπτουν την αξία τους μόνο σε σπάνιες περιπτώσεις. Κάποια παρέχονται συνεχώς, στο παρασκήνιο, μέχρι ξαφνικά να εξαφανιστούν.
Η ανθεκτικότητα φαίνεται ακριβή πριν από ένα συμβάν βλάβης και φθηνή μετά από αυτό. Ο εφεδρικός μετασχηματιστής, ο σύγχρονος συμπυκνωτής, η περαιτέρω δυναμική υποστήριξη της τάσης, οι αυστηρότερες δοκιμές συμμόρφωσης, οι συντηρητικές αποφάσεις κατανομής, οι επιπρόσθετες θερμικές μονάδες που διατηρούνται σε λειτουργία για σταθερότητα, όλα αυτά δείχνουν αναποτελεσματικά υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας, αλλά φυσικά προσμετρώνται στο υπερβολικό κόστος των ΑΠΕ, που πολλοί αφελείς "θρησκευόμενοι" οπαδοί της κλιματικής ουδετερότητας θεωρούν ότι είναι δωρεάν!
Τα παραπάνω μειώνουν τη βραχυπρόθεσμη βελτιστοποίηση και συχνά αυξάνουν το κόστος για τους καταναλωτές. Γενικά, μειώνουν την παραγωγή ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και αρκετά συχνά προσβάλλουν (ευτυχώς!) την κυρίαρχη πολιτική αφήγηση.
Αν αποτρέψουν μια διακοπή ρεύματος, είναι εξαιρετικά πολύτιμα, αλλά μπορεί να μην συνειδητοποιούμε καν ότι αυτό έχει συμβεί. Για παράδειγμα, όλοι πρέπει να ελέγχουμε τακτικά τα αυτοκίνητά μας για την ασφάλειά τους. Μπορεί να χρειαστεί να αντικαταστήσουμε τα ελαστικά μας, κάτι που κοστίζει χρήματα. Μπορούμε εύκολα να ποσοτικοποιήσουμε το κόστος των καινούργιων ελαστικών, αλλά δεν μπορούμε να ποσοτικοποιήσουμε το κόστος της μη αντικατάστασής των.
Δεν μπορούμε να υπολογίσουμε λογικά τον κίνδυνο πρόκλησης ατυχήματος από τα παλιά ελαστικά, ούτε την πιθανή σοβαρότητα του ατυχήματος. Θα μπορούσατε να έχετε ένα αργό τρύπημα που δεν έχει καμία πραγματική συνέπεια εκτός από την ανάγκη αντικατάστασης του ελαστικού, το οποίο ούτως ή άλλως χρειαζόταν αντικατάσταση. Ή θα μπορούσατε να έχετε συμμετοχή σε σοβαρό τρακάρισμα σ' έναν αυτοκινητόδρομο και να προκαλέσετε συγκρούσεις με πλήθος άλλων οχημάτων, με αποτέλεσμα να σκοτωθούν συνάνθρωποί μας και ο αυτοκινητόδρομος να παραμείνει κλειστός για ώρες, προκαλώντας κάθε είδους άμεσο και έμμεσο κόστος, καθώς και την προφανή ανεκτίμητη ανθρώπινη τραγωδία.
Οι αποφευχθείσες καταστροφές δεν διευθετούνται σε καμία αγορά. Δεν έρχεται κανένα τιμολόγιο που να... λέει: «ατύχημα που αποτράπηκε, αξία 3 εκατομμύρια ευρώ» ή «μπλακ άουτ που αποτράπηκε, αξία 7 δισεκατομμύρια δολάρια». Αντίθετα, ο διαχειριστής του συστήματος επικρίνεται για το κόστος των περιορισμών και για τη λειτουργία θερμοηλεκτρικού σταθμού όταν η παραγωγή ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι υψηλή. Η υπηρεσία σταθερότητας αντιμετωπίζεται ως ένα αμήχανο δευτερεύον ζήτημα και οι μηχανικοί καλούνται να είναι πιο φιλόδοξοι.
Αυτή είναι η εμπορική όψη της ομαλοποίησης της απόκλισης.
Και φτάνουμε ίσως στο πιο σημαντικό ζήτημα από όλα. Οι αγορές αγαπούν την τεκμηρίωση. Αλλά αυτό που έχει σημασία από μηχανικής άποψης είναι οι δοκιμές. Οι διαχειριστές κινδύνου χρειάζονται και τα δύο. Σε ένα σύστημα χαμηλής αδράνειας και σωρείας μετατροπέων, ένα υπολογιστικό φύλλο που δείχνει την επάρκεια χωρητικότητας δεν είναι αρκετό. Ένα τυπικό πιστοποιητικό συμμόρφωσης με τους κώδικες (κανονισμούς) δικτύου δεν είναι αρκετό. Ένα μοντέλο δεν είναι αρκετό. Το σύστημα πρέπει να λειτουργεί κατά τη διάρκεια διαταραχών και τα περιουσιακά στοιχεία πρέπει να συμπεριφέρονται όπως αναμένεται υπό συνθήκες σφάλματος, καθώς και σε σταθερή κατάσταση.
Οι διαχειριστές κινδύνου δεν χρειάζεται να γίνουν μηχανικοί ενέργειας, αλλά πρέπει να γνωρίζουν πότε ένας κίνδυνος του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας κρύβεται πίσω από μια γλώσσα που ακούγεται καθησυχαστική.
Όταν ακούμε ότι «το σύστημα έχει αρκετή χωρητικότητα», θα πρέπει να αναρωτηθούμε: αρκετή χωρητικότητα για τι;
Αρκετή για να καλύψει τη μέση ζήτηση; Αρκετή για να καλύψει τη μέγιστη ζήτηση; Αρκετή για να διατηρήσει τη συχνότητα μετά τη μεγαλύτερη απώλεια; Αρκετή για να υποστηρίξει την τάση τοπικά; Αρκετή για να παρέχει ρεύμα σφάλματος; Αρκετή για επανεκκίνηση μετά από διακοπή ρεύματος; Αρκετή για την επιβίωση του δικτύου από τη συμπεριφορά του κάθε συσχετισμένου μετατροπέα; Αρκετή σε περίπτωση διακοπής ρεύματος σε κάποια διασύνδεση; Αρκετή σε περίπτωση που οι αρνητικές τιμές προκαλέσουν απροσδόκητες αποσυνδέσεις των φωτοβολταϊκών, όπως πχ στο ισπανικό blackout; Αρκετή σε περίπτωση που μια βασική σύγχρονη εγκατάσταση βρίσκεται σε διακοπή ρεύματος;
Όταν ακούμε: «το στοιχείο συμμορφώνεται με τον κώδικα δικτύου».
Θα πρέπει να αναρωτηθούμε: συμβατότητα μόνο στα... χαρτιά, σε προσομοίωση, κατά τη θέση σε λειτουργία ή υπό πραγματικές συνθήκες διαταραχής; Πότε δοκιμάστηκε για τελευταία φορά; Ποιος είδε τα δεδομένα; Τι συνέβη κατά τη διάρκεια των πραγματικών γεγονότων; Οι ρυθμίσεις ελέγχονται από τον κάτοχο, τον κατασκευαστή πρωτότυπου εξοπλισμού ή τον διαχειριστή του συστήματος; Μπορούν να αλλάξουν εξ' αποστάσεως; Υπάρχουν έλεγχοι έκδοσης και κυβερνοέλεγχοι σχετικά με τις ενημερώσεις υλικολογισμικού;
Όταν ακούμε: «οι μπαταρίες θα το λύσουν».
Θα πρέπει να αναρωτηθούμε: ποιο πρόβλημα; Ενεργειακή επάρκεια, απόκριση συχνότητας, υποστήριξη της τάσης, συμφόρηση, μαύρη εκκίνηση όταν τα πάντα έχουν καταρρεύσει, εφεδρεία, εξομοίωση αδράνειας ή ρεύμα σφάλματος; Για πόσο χρόνο πρέπει να διατηρούν την λειτουργία τους; Ποια κατάσταση φόρτισης απαιτείται; Ποια έσοδα θυσιάζονται από τη διατήρηση περιθώριων επιπλέον χωρητικότητας, για τάση ή ισχύ που οφείλει διαθέτει ένα ηλεκτρικό σύστημα; Τι συμβαίνει σε ένα συμβάν καταπόνησης συστήματος πολλών ωρών; Ποιος πληρώνει για την ετοιμότητα;
Όταν ακούμε: «οι μετατροπείς που σχηματίζουν δίκτυο θα αντικαταστήσουν τις σύγχρονες μηχανές».
Θα πρέπει να αναρωτηθούμε: σε ποια κλίμακα έχει αποδειχθεί αυτό; Σε ποια ισχύ δικτύου; Με ποιο μείγμα γειτονικών περιουσιακών στοιχείων; Κατά τη διάρκεια ποιων βλαβών; Με ποια όρια ρεύματος; Με ποιες ρυθμίσεις προστασίας; Με ποια συμβατική λογοδοσία; Και ποιο είναι το σχέδιο εάν η απόδοση δεν ταιριάζει με το μοντέλο;
Η ενεργειακή μετάβαση δεν είναι απλώς μια αναδιάρθρωση γενεών, είναι μια θεμελιώδης αναδιάρθρωση μιας από τις πιο σύνθετες μηχανές πραγματικού χρόνου που έχουν κατασκευαστεί ποτέ. Αυτή η μηχανή δεν έχει σχεδόν καθόλου αποθηκευτικό χώρο στα καλώδιά της και πρέπει να ισορροπεί σε χιλιοστά του δευτερολέπτου. Πρέπει να ανέχεται κεραυνούς, διακοπές λειτουργίας εργοστασίων, σφάλματα πρόβλεψης, συμπεριφορά αγοράς, κυβερνοαπειλές, ανθρώπινα λάθη και βλάβες εξοπλισμού. Και πρέπει να κάνει όλα αυτά ενώ η δημόσια πολιτική την εξωθεί στα άκρα για να περάσει τον ταχύτερο τεχνολογικό μετασχηματισμό στην ιστορία της!
Οφείλουμε να λέμε την αλήθεια για τους κινδύνους, αν θέλουμε να διατηρήσουμε ένα σταθερό και αξιόπιστο σύστημα.
Η αλήθεια είναι ότι η σταθερότητα είναι πολύτιμη.
Η αλήθεια είναι ότι η τοποθεσία έχει σημασία.
Η αλήθεια είναι ότι η συμμόρφωση πρέπει να αποδεικνύεται, όχι να θεωρείται δεδομένη.
Η αλήθεια είναι ότι η τάση έχει τόση σημασία όσο και η ενέργεια.
Η αλήθεια είναι ότι ορισμένες υπηρεσίες που κάποτε συνδυάζονταν με τη συμβατική παραγωγή χρειάζονται τώρα σαφείς αγορές, συμβάσεις και λογοδοσία.
Η αλήθεια είναι ότι οι διακοπές ρεύματος δεν είναι μόνο μηχανικές αποτυχίες. Είναι αποτυχίες στη διακυβέρνηση, στα κίνητρα, στην πληροφόρηση και στην κουλτούρα κινδύνου.
Η αλήθεια είναι οτι οι μηχανικοί των εθνικών δικτύων εγείρoυν τα ζητήματα σταθερότητας, αλλά τα εκτελεστικά στελέχη είναι ιδιαίτερα φοβισμένα πολιτικά για να δηλώσουν ξεκάθαρα ότι οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας καθιστούν τα δίκτυα ανασφαλή!
Και φυσικά η αλήθεια είναι ότι η ομαλοποίηση της απόκλισης είναι ένας από τους μεγαλύτερους κινδύνους στο σύγχρονο ενεργειακό σύστημα.
Η ενεργειακή πολιτική συχνά καθοδηγείται από στόχους, αλλά η μηχανική των δικτύων ηλεκτρισμού καθοδηγείται από περιορισμούς. Η χρηματοδότηση βρίσκεται κάπου ενδιάμεσα. Το κεφάλαιο μπορεί είτε να ενισχύσει τους ευσεβείς πόθους είτε να τους πειθαρχήσει. Μπορεί να χρηματοδοτήσει έργα που υποθέτουν ότι το δίκτυο θα ανταπεξέλθει με κάποιο τρόπο, ή μπορεί να θέσει τα πιο δύσκολα ερωτήματα που αναγκάζουν το σύστημα να γίνει πιο ανθεκτικό.
Το τελικό μήνυμα, λοιπόν, είναι το εξής.
Ένας κόσμος που βασίζεται στην αιολική και ηλιακή ενέργεια, αλλά και στις μπαταρίες, είναι θεμελιωδώς διαφορετικός από τον κόσμο για τον οποίο σχεδιάστηκαν τα ηλεκτρικά μας δίκτυα. Όχι μόνο με τους προφανείς τρόπους, δηλαδή με την εξάρτησή του από τις καιρικές συνθήκες και την ακαταστασία του.
Πρόκειται για πόρους συνεχούς ρεύματος που ωθούνται σε υποδομές εναλλασσόμενου ρεύματος. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να εξετάσουμε διαφορετικά κάθε στοιχείο του δικτύου, πολύ πέρα από την ενέργεια και την χωρητικότητα.
Πρέπει να δώσουμε προσοχή στην τοπική υποστήριξη της τάσης, στη δοκιμασμένη συμπεριφορά των μετατροπέων, στις δομές/υπηρεσίες δυναμικής σταθερότητας, στους σύγχρονους συμπυκνωτές όπου χρειάζεται, σε ισχυρά σχέδια ολικής εκκίνησης, στην καλύτερη κοινή χρήση δεδομένων, στους εφαρμόσιμους κώδικες δικτύου και στις αγορές που πληρώνουν για την ανθεκτικότητα πριν συμβεί μια γενική διακοπή ρεύματος και όχι μετά από αυτήν.
Χρειαζόμαστε ρυθμιστικές αρχές που να κατανοούν ότι η αξιοπιστία δεν είναι προαιρετικό στοιχείο, και διαχειριστές συστημάτων που να είναι ειλικρινείς σχετικά με τους φυσικούς περιορισμούς αντί να σιωπούν για να ικανοποιούν πολιτικές φιλοδοξίες.
Χρειαζόμαστε προγραμματιστές που αντιμετωπίζουν τη συμμόρφωση με τους κώδικες δικτύων ως βασικό πλεονέκτημα και όχι ως διοικητικό εμπόδιο, καθώς και διαχειριστές κινδύνου που να είναι πρόθυμοι να θέτουν άβολες ερωτήσεις.
Χρειαζόμαστε πολιτικούς που δεν υποθέτουν ότι οι νόμοι της φυσικής μπορούν να καταργηθούν από τη νομοθετική εξουσία. Αλλά που να βρεθούν τέτοιοι πολιτικοί ανάμεσα σε τόσους ανίδεους, ανυποψίαστους βολευτές και υπουργούς!
Τα φώτα παραμένουν αναμμένα όχι επειδή έχουμε αρκετά μεγαβάτ σε κάποιο υπολογιστικό φύλλο, αλλά επειδή εκατομμύρια συσκευές, μηχανήματα, χειριστήρια, αλλά και συμβάσεις, λειτουργούν μαζί σε πραγματικό χρόνο.
Στο παλιό σύστημα, το μεγαλύτερο μέρος της δικτυακής ευστάθειας παρεχόταν από τη φυσική των σύγχρονων μηχανών. Το νέο σύστημα χρειάζεται σχεδιασμό, προμήθειες, δοκιμές και πολλά χρήματα που αυξάνουν τους λογαριασμούς ρεύματος, λόγω της άμμετρης και συνάμα φρενήρους υιοθέτησης των ΑΠΕ.
Δεν υπάρχει περιθώριο για εφησυχασμό, ιδιαίτερα σε γαίες φαιδράς πορτοκαλέας όπως η δική μας, όπου ενδημεί η προχειρότητα και απουσιάζουν σε μεγάλο βαθμό η σοβαρότητα και η οργάνωση. Αν δεν αλλάξουμε πορεία, πολύ φοβάμαι ότι δε θα είναι καθόλου αμελητέες οι πιθανότητες ενός γενικού blackout a la Española μέχρι το τέλος της δεκαετίας!
ΥΓ. Η επικίνδυνη ψευδαίσθηση των vars
Η βασική διαφοροποίηση μεταξύ των γεννητριών που βασίζονται σε μετατροπείς/αντιστροφείς και μιας σύγχρονης γεννήτριας είναι ότι η τελευταία αποθηκεύει ενέργεια στο μαγνητικό της πεδίο και μπορεί να την ανταλλάσσει δυναμικά με το ηλεκτρικό δίκτυο. Ένα τρανζίστορ δεν αποθηκεύει τίποτα και δεν διαθέτει μαγνητικό πεδίο. Παρόλο που οι ανεμογεννήτριες ασφαλώς και έχουν μαγνητικές ιδιότητες, δεν είναι συγχρονισμένες με το δίκτυο (επειδή δεν μπορούν να περιστραφούν με σταθερή ταχύτητα) ενώ η εξ' ανάγκης ύπαρξη του μετατροπέα, που διασυνδέεται με το δίκτυο, σημαίνει ότι ο μαγνητικός τους πόρος δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την υποστήριξη του δικτύου. Και ακόμα κι αν μπορούσε να αναπτυχθεί μια συσκευή που θα κατάφερνε να έχει πρόσβαση σ' αυτόν τον πόρο, δεν θα ήταν πολύ χρήσιμη καθόσον οι ανεμογεννήτριες, αφενός μεν τείνουν να εγκαθίστανται συνήθως σε απομακρυσμένες περιοχές, αφετέρου δε η υποστήριξη τάσης πρέπει να είναι τοπική: η υποστήριξη της τάσης στη μέση του πουθενά δεν είναι και τόσο χρήσιμη για το δίκτυο στο σύνολό του.
Έτσι, οι γεννήτριες που βασίζονται σε μετατροπείς μπορούν μεν να απελευθερώσουν φορτίο από έναν πυκνωτή ή να ελέγξουν το ρεύμα μέσω ενός επαγωγέα, ρυθμίζοντας τη γωνία φάσης μεταξύ της τάσης εξόδου AC και του ρεύματος του δικτύου, αλλά δεν έχουν εσωτερική ηλεκτρομαγνητική αδράνεια. Επομένως, όταν η τάση ή η συχνότητα αλλάζουν ταχύτερα από όσο μπορεί να ανταποκριθεί ο βρόχος ελέγχου τους, δεν μπορούν να «αντιδράσουν» φυσικά. Οι μετατροπείς απλώς υφίστανται κορεσμό και αποτυγχάνουν!
Η βασική διαφοροποίηση μεταξύ των γεννητριών που βασίζονται σε μετατροπείς/αντιστροφείς και μιας σύγχρονης γεννήτριας είναι ότι η τελευταία αποθηκεύει ενέργεια στο μαγνητικό της πεδίο και μπορεί να την ανταλλάσσει δυναμικά με το ηλεκτρικό δίκτυο. Ένα τρανζίστορ δεν αποθηκεύει τίποτα και δεν διαθέτει μαγνητικό πεδίο. Παρόλο που οι ανεμογεννήτριες ασφαλώς και έχουν μαγνητικές ιδιότητες, δεν είναι συγχρονισμένες με το δίκτυο (επειδή δεν μπορούν να περιστραφούν με σταθερή ταχύτητα) ενώ η εξ' ανάγκης ύπαρξη του μετατροπέα, που διασυνδέεται με το δίκτυο, σημαίνει ότι ο μαγνητικός τους πόρος δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την υποστήριξη του δικτύου. Και ακόμα κι αν μπορούσε να αναπτυχθεί μια συσκευή που θα κατάφερνε να έχει πρόσβαση σ' αυτόν τον πόρο, δεν θα ήταν πολύ χρήσιμη καθόσον οι ανεμογεννήτριες, αφενός μεν τείνουν να εγκαθίστανται συνήθως σε απομακρυσμένες περιοχές, αφετέρου δε η υποστήριξη τάσης πρέπει να είναι τοπική: η υποστήριξη της τάσης στη μέση του πουθενά δεν είναι και τόσο χρήσιμη για το δίκτυο στο σύνολό του.
Έτσι, οι γεννήτριες που βασίζονται σε μετατροπείς μπορούν μεν να απελευθερώσουν φορτίο από έναν πυκνωτή ή να ελέγξουν το ρεύμα μέσω ενός επαγωγέα, ρυθμίζοντας τη γωνία φάσης μεταξύ της τάσης εξόδου AC και του ρεύματος του δικτύου, αλλά δεν έχουν εσωτερική ηλεκτρομαγνητική αδράνεια. Επομένως, όταν η τάση ή η συχνότητα αλλάζουν ταχύτερα από όσο μπορεί να ανταποκριθεί ο βρόχος ελέγχου τους, δεν μπορούν να «αντιδράσουν» φυσικά. Οι μετατροπείς απλώς υφίστανται κορεσμό και αποτυγχάνουν!
Τα δίκτυα που παραδοσιακά σταθεροποιούνταν από τόνους μετάλλου, ελέγχονται ολοένα και περισσότερο από χιλιοστόγραμμα προσμιγμένου πυριτίου. Η λειτουργία τους είναι ακριβής, αποτελεσματική και από πολλές απόψεις εκπληκτική, αλλά δεν διαθέτουν φυσικό «ελατήριο». Όταν πχ οι μηχανικοί λένε ότι ένας μετατροπέας «παρέχει άεργο ισχύ», δεν συμβαίνει τίποτα το μυστικιστικό. Ο μετατροπέας δεν εισάγει χειροπιαστά VAR στο δίκτυο, απλώς ανακατευθύνει με τα τρανζίστορ του ένα μέρος της ενεργού ισχύος-ρεύματος προς την υποστήριξη του ηλεκτρικού πεδίου του δικτύου.
Εάν η τάση του δικτύου μειωθεί, ο μετατροπέας δρα σαν να "παρέχει" VAR για να την ενισχύσει μέσω της προπορευόμενης χωρητικής αέργου ισχύος. Εάν η τάση αυξηθεί απότομα, ο μετατροπέας αντιδρά σαν να "απορροφά" VAR ώστε να μειώσει την τάση μέσω των βραδυπορούντων επαγωγικών VAR. Όμως όπως προαναφέρθηκε, αυτό που πραγματικά συμβαίνει είναι η ρύθμιση της γωνίας φάσης.
Εάν η τάση του δικτύου μειωθεί, ο μετατροπέας δρα σαν να "παρέχει" VAR για να την ενισχύσει μέσω της προπορευόμενης χωρητικής αέργου ισχύος. Εάν η τάση αυξηθεί απότομα, ο μετατροπέας αντιδρά σαν να "απορροφά" VAR ώστε να μειώσει την τάση μέσω των βραδυπορούντων επαγωγικών VAR. Όμως όπως προαναφέρθηκε, αυτό που πραγματικά συμβαίνει είναι η ρύθμιση της γωνίας φάσης.
Οι σύγχρονοι κώδικες δικτύου απαιτούν από όλους τους μετατροπείς να ακολουθούν σχεδόν πανομοιότυπες καμπύλες «volt-watt» και «volt-var». Όταν συμβαίνει μια τοπική πτώση τάσης, κάθε συσκευή την ερμηνεύει με τον ίδιο τρόπο και ανταποκρίνεται με τον ίδιο τρόπο ταυτόχρονα. Η συνδυασμένη δράση τους απελευθερώνει ενέργεια ηλεκτρικού πεδίου, αλλά ταυτόχρονα απογυμνώνει το δίκτυο από ενεργό ισχύ. Κάτι που ξεκινάει σαν μια "μειλίχια" διαταραχή τάσης μετατρέπεται σε μια συντονισμένη κατάρρευση συχνότητας. Κανείς δεν το σχεδίασε αυτό, αλλά είναι ένα υποπροϊόν των παραπάνω δράσεων. Οι σχεδιαστές σκέφτηκαν με όρους αριθμών άεργου ισχύος και όχι με όρους ενέργειας πεδίου και ποτέ δεν παρατήρησαν ότι τα δύο χειριστήρια αντλούν από τον ίδιο πόρο.
Έτσι, όταν κάποιοι ισχυρίζονται, ότι οι μπαταρίες και τα ηλεκτρονικά ισχύος που σχηματίζουν δίκτυα μπορούν να αντικαταστήσουν τις συμβατικές σύγχρονες γεννήτριες, παρέχοντας τόσο την παραδοσιακή αδράνεια όσο και την υποστήριξη τάσης, όχι μόνο κάνουν λάθος, αλλά διατρέχουν τον κίνδυνο να μετατρέψουν ένα μικρό σφάλμα σε μια τεράστια βλάβη του δικτύου!
Έτσι, όταν κάποιοι ισχυρίζονται, ότι οι μπαταρίες και τα ηλεκτρονικά ισχύος που σχηματίζουν δίκτυα μπορούν να αντικαταστήσουν τις συμβατικές σύγχρονες γεννήτριες, παρέχοντας τόσο την παραδοσιακή αδράνεια όσο και την υποστήριξη τάσης, όχι μόνο κάνουν λάθος, αλλά διατρέχουν τον κίνδυνο να μετατρέψουν ένα μικρό σφάλμα σε μια τεράστια βλάβη του δικτύου!
Οι διαχειριστές των ενεργειακών συστημάτων είναι υποχρεωμένοι να επιστρέψουν στη φυσική (επειδή δεν μπορούν να διαπραγματευτούν μ' αυτήν!!!) και να θυμηθούν ότι η «άεργος ισχύς» δεν είναι προϊόν – δεν είναι καν πραγματική με τον τρόπο που νομίζουν ότι είναι. Δεν είναι ένα «πράγμα» που μπορεί να εγχυθεί ή να απορροφηθεί από το δίκτυο, είναι απλώς το ορατό ίχνος της συνεχούς ανταλλαγής ενέργειας μεταξύ ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. Η συνειδητοποίηση αυτής της ανταλλαγής – δηλαδή του τρόπου με τον οποίο συμπεριφέρονται οι χωρητικότητες και οι επαγωγές καθώς εξελίσσεται η τάση και το ρεύμα – είναι απαραίτητη για τη διατήρηση της σταθερότητας του δικτύου.
Στοιχειώδεις γυμνές αλήθειες αγαπητοί μου, Watson et al...
☮
