Τις μεγάλες διακοπές ηλεκτροδότησης που σημάδεψαν τις δύο τελευταίες δεκαετίες – όχι ως μεμονωμένα επεισόδια, αλλά ως καθρέφτες αδυναμιών και εφαλτήρια μεταρρυθμίσεων – ανέλυσε διεξοδικά ο Δρ. Χαράλαμπος Πήτας, επικεφαλής της Διεύθυνσης Διακρατικών Μελετών και Αρχιτεκτονικής Δικτύου στον ΑΔΜΗΕ, κατά την πρόσφατη ομιλία του στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Από την ιστορική διακοπή των 50 εκατ. πολιτών στις ΗΠΑ το 2003, μέχρι τα blackout του 2006 στην Κεντρική Ευρώπη, την κυβερνοεπίθεση στην Ουκρανία το 2015, την κατάρρευση του δικτύου της Νότιας Αυστραλίας το 2016, τουλάχιστον πέντε κομβικά περιστατικά σε παγκόσμια κλίμακα έχουν επαναπροσδιορίσει το πώς αντιλαμβανόμαστε τη σταθερότητα των σύγχρονων ηλεκτρικών συστημάτων.

Σε αυτά τα περιστατικά ήρθε να προστεθεί πρόσφατα και το επεισόδιο της 28ης Απριλίου στην Ιβηρική Χερσόνησο, αποκαλύπτοντας πόσο εύθραυστη μπορεί να αποδειχθεί η ισορροπία σε ένα σύστημα με κυριαρχία των ΑΠΕ. Εκείνη την ημέρα, το ηλεκτρικό δίκτυο της Ισπανίας στηριζόταν σχεδόν αποκλειστικά σε αποκεντρωμένες πηγές καθαρής ενέργειας: 59% της ισχύος προερχόταν από φωτοβολταϊκά (17,7 GW), 12% από αιολικά, 11% από πυρηνικά και μόλις 5% από μονάδες φυσικού αερίου συνδυασμένου κύκλου. Λίγο μετά τις 12:33 το μεσημέρι, σημειώθηκε ξαφνική πτώση στη συχνότητα του συστήματος – τον πιο κρίσιμο δείκτη ισορροπίας μεταξύ παραγωγής και κατανάλωσης.

Μέσα σε μόλις 1,5 δευτερόλεπτο, η συχνότητα υποχώρησε εκτός των αποδεκτών ορίων. Στις 12:33:20, η διασυνδετική γραμμή Ισπανίας–Γαλλίας αποσυνδέθηκε αυτόματα λόγω απώλειας συγχρονισμού, μετατρέποντας την Ιβηρική σε «ηλεκτρικό νησί». Μόλις τέσσερα δευτερόλεπτα αργότερα, στις 12:33:24, η συστημική κατάρρευση ήταν γεγονός.

Κοινή συνιστώσα σε αυτά τα blackout – η ταχύτητα με την οποία ένα τοπικό σφάλμα, μια απόφαση χειριστή ή μια εξωτερική μεταβλητή – είτε πρόκειται για καιρικό φαινόμενο, είτε για κυβερνοεπίθεση, είτε για κακή διαχείριση ισχύος – μπορεί να εξελιχθεί σε μια καταστροφική αλληλουχία αποσυνδέσεων, οδηγώντας ολόκληρες περιοχές στο σκοτάδι. Το ερώτημα που προκύπτει πλέον με οξύτητα είναι εάν τα σημερινά δίκτυα έχουν τις δομές, την ευφυΐα και τη λειτουργική συνοχή να αποτρέψουν ή να αντέξουν την επόμενη κρίση. Τα σύγχρονα φωτοβολταϊκά και αιολικά συστήματα, αν δεν είναι εξοπλισμένα με προηγμένα εργαλεία ελέγχου συχνότητας και τάσης, τείνουν να αποσυνδέονται αυτόματα από το δίκτυο σε περίπτωση αστάθειας, αντί να συνεισφέρουν στη σταθεροποίησή του.

Τα blackout δεν είναι «ατυχήματα» – είναι συστημικά τεστ

Η αρχή έγινε τον Αύγουστο του 2003, όταν μια φαινομενικά τοπική βλάβη στον αμερικανικό διαχειριστή FirstEnergy, κοντά στο Κλίβελαντ του Οχάιο, εξελίχθηκε σε ένα από τα μεγαλύτερα blackout στην ιστορία των Ηνωμένων Πολιτειών και του Καναδά. Λόγω υπερφόρτωσης και απουσίας επαρκούς επιτήρησης, μία γραμμή 345 kV ακούμπησε σε δέντρα, αποσυνδέθηκε αυτόματα και ακολούθησε ντόμινο καταρρεύσεων. Το σύστημα διαχείρισης δεν εντόπισε την απώλεια εγκαίρως, με αποτέλεσμα τρεις ώρες αργότερα να έχουν απενεργοποιηθεί περισσότερες από 500 μονάδες παραγωγής σε οκτώ πολιτείες και δύο καναδικές επαρχίες. Συνολικά, 50 εκατομμύρια άνθρωποι έμειναν χωρίς ηλεκτροδότηση για ώρες έως και δύο ημέρες, ενώ η απώλεια φορτίου ξεπέρασε τα 61.800 MW. Οι ζημιές ξεπέρασαν τα 6 δισ. δολάρια, ενώ καταγράφηκαν και τουλάχιστον 11 θάνατοι που σχετίζονταν με τις επιπτώσεις του blackout.

Η κρίση εκείνη αποτέλεσε σημείο καμπής. Ανέδειξε τις αδυναμίες του SCADA συστήματος της FirstEnergy, την απουσία επαρκούς συναγερμού στο εθνικό κέντρο NERC (North American Electric Reliability Corporation) και τη δομική ανάγκη για νέες ρυθμιστικές αρχές. Ήταν η αφορμή για την ίδρυση της FERC (Federal Energy Regulatory Commission), που ανέλαβε με αυξημένες εξουσίες τον σχεδιασμό κανονιστικού πλαισίου για την ασφάλεια του ηλεκτρικού συστήματος.

Τρία χρόνια αργότερα, στις 4 Νοεμβρίου 2006, η Ευρώπη βρέθηκε αντιμέτωπη με ένα αντίστοιχα αποσταθεροποιητικό επεισόδιο. Η αρχική αιτία ήταν η προγραμματισμένη αποσύνδεση μιας γραμμής μεταφοράς 380 kV στη Βόρεια Γερμανία (στην περιοχή του ποταμού Έμς), για να διευκολυνθεί η διέλευση ενός μεγάλου πλοίου. Ωστόσο, η αποσύνδεση πραγματοποιήθηκε πρόωρα και χωρίς τον απαραίτητο συντονισμό με τους διαχειριστές των γύρω περιοχών. Αυτό προκάλεσε ανακατανομή φορτίου σε άλλες γραμμές υψηλής τάσης που δεν ήταν σχεδιασμένες να δεχτούν τέτοιο όγκο ισχύος. Η συνέπεια ήταν η σταδιακή αποσταθεροποίηση του συστήματος.

Μέσα σε λίγα λεπτά, η Ευρώπη χωρίστηκε σε τρεις μεγάλες ασύγχρονες ζώνες: Δυτική, Κεντρική και Νοτιοανατολική. Η συχνότητα κατέρρευσε στη δυτική ζώνη, ενώ στη νότια Ευρώπη (Ιταλία και Ισπανία) αυξήθηκε ανεξέλεγκτα. Τουλάχιστον 15 εκατομμύρια καταναλωτές υπέστησαν διακοπές ρεύματος, με ιδιαίτερα σοβαρές επιπτώσεις σε τρένα, βιομηχανικές μονάδες και κρίσιμες υποδομές. Το επεισόδιο καταγράφηκε ως το πιο εκτεταμένο blackout στη μεταπολεμική Ευρώπη, όσον αφορά τον αριθμό των διασυνδεδεμένων χωρών που επηρεάστηκαν.

Το συμβάν του 2006 οδήγησε στη θέσπιση αυστηρότερων κανόνων επιχειρησιακού συντονισμού από την ENTSO-E και στην εφαρμογή των λεγόμενων “Operation Handbook Rules”, με καθημερινό έλεγχο στα φορτία, στις γραμμές, στις στρατηγικές αποσύνδεσης και στον real-time συντονισμό μεταξύ των Ευρωπαίων διαχειριστών. Ήταν, με άλλα λόγια, η απαρχή της ενιαίας ευρωπαϊκής κουλτούρας για την πρόληψη διασυνοριακών κρίσεων ηλεκτροδότησης.

Ο Δρ. Πήτας τόνισε με έμφαση πως τέτοιου είδους κρίσεις δεν αποτελούν απλά τεχνικές αστοχίες. Είναι πολυπαραγοντικά φαινόμενα, με χρονική και χωρική κλιμάκωση, όπου η αρχική αιτία μετατρέπεται σε επιταχυντή μιας μαζικής κατάρρευσης. Η διασύνδεση από μόνη της δεν εγγυάται σταθερότητα· όταν οι κανόνες λειτουργίας, οι καθυστερήσεις λήψης απόφασης και η περιορισμένη ορατότητα των γεγονότων παρεμβαίνουν, η κατάρρευση δεν είναι θέμα τεχνικής πιθανότητας – είναι θέμα χρόνου.

Τα διδάγματα

Ο αθέατος κίνδυνος των γραμμών μεταφοράς και η νέα γεωγραφία του κινδύνου αποτέλεσαν έναν από τους βασικούς άξονες της ανάλυσης του Δρ. Χαράλαμπου Πήτας, ο οποίος παρουσίασε μια λειτουργική κατηγοριοποίηση των σημαντικότερων blackout παγκοσμίως με βάση τη γενεσιουργό αιτία τους. Όπως εξήγησε, τα περιστατικά αυτά μπορούν να αποδοθούν, κατά βάση, σε τρεις διαφορετικούς τύπους συστημικών διαταραχών. Η πρώτη και πιο κλασική περίπτωση αφορά blackout που προκύπτουν από την απώλεια κρίσιμων γραμμών μεταφοράς – δηλαδή συμβάντα που ξεκινούν με τη διακοπή ενός ή περισσότερων βασικών αξόνων ισχύος, οι οποίοι λειτουργούν ως ραχοκοκαλιά ενός περιφερειακού ή εθνικού συστήματος.

Η δεύτερη κατηγορία σχετίζεται με τεχνικές αστοχίες εξοπλισμού, δηλαδή βλάβες σε υποσταθμούς, μετασχηματιστές ή συστήματα ελέγχου, οι οποίες συχνά επιδεινώνονται λόγω κακού συγχρονισμού ή ανεπαρκών δικλείδων ασφαλείας. Η τρίτη και πλέον ανησυχητική, καθώς εμφανίζει σταθερά αυξητικές τάσεις τα τελευταία χρόνια, αφορά blackout που προέρχονται από στοχευμένες κυβερνοεπιθέσεις. Εμβληματικό παράδειγμα αυτής της κατηγορίας αποτελεί το περιστατικό στην Ουκρανία το 2015, όταν ομάδες κυβερνοπειρατών απέκτησαν πρόσβαση στα SCADA συστήματα τριών εταιρειών διανομής και κατάφεραν να προκαλέσουν διακοπή ηλεκτροδότησης σε 225.000 καταναλωτές, σβήνοντας όχι μόνο το ρεύμα αλλά και την εμπιστοσύνη στις δυνατότητες προστασίας των δικτύων.

Πέρα από την αιτιολογική προσέγγιση, η παρουσίαση του Δρ. Πήτα ανέδειξε και μία βαθύτερη μετατόπιση του ίδιου του ενεργειακού κινδύνου: την αλλαγή της γεωγραφίας του. Η παραδοσιακή δομή των συστημάτων ηλεκτρισμού στηριζόταν σε κεντροβαρικές υποδομές παραγωγής – θερμικές μονάδες και υδροηλεκτρικά φράγματα κοντά σε αστικά κέντρα – με διασυνδέσεις που απλώς ενίσχυαν την ασφάλεια τροφοδοσίας. Σήμερα, όμως, το τοπίο έχει αντιστραφεί.

Με τη ραγδαία είσοδο των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, και κυρίως των φωτοβολταϊκών και των αιολικών, η παραγωγή μετατοπίζεται σε απομακρυσμένες περιοχές, εκεί όπου υπάρχουν φυσικά πλεονεκτήματα, χωρίς όμως εγγύτητα στα σημεία ζήτησης. Αυτό έχει ως συνέπεια τη δημιουργία ενός ολοένα και πιο περίπλοκου συστήματος, στο οποίο η ενέργεια δεν ρέει πλέον «κεντρομόλα» αλλά απαιτεί διαρκείς ρυθμίσεις, ευελιξία και υψηλή διαλειτουργικότητα. Το σύστημα πρέπει να προσαρμόζεται σε μεταβαλλόμενα φορτία και να απορροφά συνεχώς μικρές ή μεγάλες διαταραχές. Σε ένα τέτοιο περιβάλλον, η απώλεια συγχρονισμού, η απρόσμενη απόσυρση ισχύος ή ακόμη και η κακή εκτίμηση ενός φορτίου μπορεί να λειτουργήσει ως εκρηκτικός καταλύτης μιας γενικευμένης αποσταθεροποίησης.

Περισσότερες ΑΠΕ – λιγότερη αδράνεια, περισσότερη πολυπλοκότητα

Η αύξηση της συμμετοχής των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, όπως επεσήμανε ο Δρ. Πήτας, φέρνει αναμφίβολα τη μείωση εκπομπών και ενισχύει τους κλιματικούς στόχους. Ωστόσο, πίσω από αυτό το περιβαλλοντικό κέρδος κρύβεται μια βαθύτερη τεχνολογική και λειτουργική πρόκληση: η ενσωμάτωση των ΑΠΕ στο δίκτυο δεν είναι ουδέτερη ως προς τη δυναμική του. Η σταδιακή απόσυρση των θερμικών σταθμών, που παραδοσιακά παρείχαν σταθερή ισχύ και υψηλή περιστροφική αδράνεια, δημιουργεί ένα λειτουργικό κενό το οποίο πρέπει να καλυφθεί με νέες, σύνθετες υποδομές.

Η απουσία περιστροφικής αδράνειας σημαίνει ότι το σύστημα γίνεται πολύ πιο ευαίσθητο σε απότομες μεταβολές ισχύος. Η συχνότητα του δικτύου, δηλαδή το «ρολόι» της ισορροπίας προσφοράς και ζήτησης, μεταβάλλεται πλέον ταχύτερα και εντονότερα ακόμη και σε μικρές αποκλίσεις. Παράλληλα, η δυνατότητα ελέγχου της ροής ισχύος περιορίζεται, καθώς η παραγωγή από ΑΠΕ είναι στατιστικά μεταβλητή και χρονικά ασύμμετρη σε σχέση με τη ζήτηση. Σε ένα τέτοιο περιβάλλον, ακόμη και δευτερεύουσες διαταραχές ή μεταβατικά φαινόμενα μπορούν να προκαλέσουν κυματισμούς που πολλαπλασιάζονται σε όλο το δίκτυο, οδηγώντας σε αστάθεια.

Η στρατηγική απάντηση, επομένως, δεν είναι να μειωθούν οι ΑΠΕ, αλλά να ενισχυθούν οι δομές γύρω τους. Χρειάζονται προηγμένα συστήματα ελέγχου, όπως οι grid-forming inverters, που μπορούν να προσομοιώσουν τη συμπεριφορά των παραδοσιακών στροβίλων και να συμβάλλουν στη σταθεροποίηση της συχνότητας. Απαραίτητοι είναι και οι συγχρονισμένοι πυκνωτές (synchronous condensers), που προσφέρουν τεχνητή αδράνεια, καθώς και τα Συστήματα Προστασίας (Special Protection Schemes – SPS), τα οποία παρεμβαίνουν προληπτικά πριν η κατάσταση ξεφύγει. Οι διασυνδέσεις HVDC επιτρέπουν πιο σταθερές ροές ισχύος και αυξάνουν τη δυνατότητα γεωγραφικής εξισορρόπησης, ενώ η ανάπτυξη αισθητήρων PMU, που αποτυπώνουν τη συμπεριφορά του συστήματος σε πραγματικό χρόνο, αποτελεί εργαλείο ζωτικής σημασίας για την έγκαιρη πρόγνωση κρίσεων. Συμπληρωματικά, η αποθήκευση ενέργειας σε μεγάλη κλίμακα (μέσω συσσωρευτών ή αντλησιοταμίευσης) καθίσταται θεμέλιο της ευελιξίας.

Η σημασία όλων αυτών επιβεβαιώνεται χαρακτηριστικά στο παράδειγμα της Καλιφόρνιας το 2021. Εκεί, σε μια περίοδο έντονων καιρικών φαινομένων, με υψηλές θερμοκρασίες και χαμηλή διαθεσιμότητα ισχύος, το ηλεκτρικό δίκτυο κατέρρευσε υπό το βάρος της ανεπαρκούς απόκρισης. Πάνω από 4,5 εκατομμύρια πολίτες έμειναν χωρίς ρεύμα για ώρες ή και ημέρες, αποκαλύπτοντας ότι ακόμη και ένα τεχνολογικά εξελιγμένο σύστημα μπορεί να υποστεί κατάρρευση αν δεν διαθέτει τους αναγκαίους μηχανισμούς εξισορρόπησης.

Η Ευρώπη χτίζει «δίχτυ προστασίας»

Μια νέα γεωγραφία ισχύος αναδύεται πλέον και στην ευρωπαϊκή περιφέρεια, όχι μόνο μέσω χερσαίων διακρατικών διασυνδέσεων, αλλά και μέσω της ταχύτατης ανάπτυξης θαλάσσιων ενεργειακών κόμβων. Όπως ανέφερε ο Δρ. Πήτας, η Ευρώπη επενδύει σε ένα φιλόδοξο σχέδιο ηλεκτρικής διασύνδεσης της Μεσογείου, με νέους κόμβους μεταφοράς στην Τυνησία, την Αλγερία και το Μαρόκο, και με κρίσιμες υποθαλάσσιες συνδέσεις προς Ιταλία, Κύπρο και Ελλάδα. Σε αυτό το νέο περιβάλλον, μετασχηματιστές, υποσταθμοί και συστήματα διανομής δεν περιορίζονται πλέον στη στεριά, αλλά εγκαθίστανται ακόμη και πάνω σε θαλάσσιες πλατφόρμες, δημιουργώντας μια υβριδική αρχιτεκτονική με νέες τεχνικές απαιτήσεις.

Η πολυπλοκότητα αυτών των δικτύων αυξάνεται συνεχώς. Το στοίχημα, όμως, δεν είναι μόνο τεχνικό – είναι πρωτίστως θεσμικό. Η σταθερότητα του συστήματος εξαρτάται από το κατά πόσο μπορούν να συνεργαστούν αποτελεσματικά οι διαχειριστές μεταφοράς, οι ρυθμιστικές αρχές, η βιομηχανία και οι χρήστες της ενέργειας. Τα blackout, όπως απέδειξαν όλα τα ιστορικά και σύγχρονα παραδείγματα, δεν είναι πάντα συνέπεια τεχνικής βλάβης. Συχνά είναι απόρροια έλλειψης συντονισμού, πληροφόρησης και εμπιστοσύνης μεταξύ των κρίσιμων κρίκων της αλυσίδας. Όσο πιο αποκεντρωμένο και διεθνοποιημένο γίνεται το δίκτυο, τόσο πιο κρίσιμος είναι ο κοινός επιχειρησιακός κώδικας.

Ο επίλογος του Δρ. Πήτα συμπύκνωσε με σαφήνεια την πρόκληση της εποχής. «Δεν μπορούμε να προσεγγίσουμε το μέλλον με τα εργαλεία του παρελθόντος», υπογράμμισε. Η ενεργειακή μετάβαση δεν είναι απλώς μία τεχνολογική επιλογή, αλλά ένα νέο λειτουργικό και θεσμικό καθεστώς, που απαιτεί προσαρμογή σε επίπεδο σχεδιασμού, αρμοδιοτήτων και κατανομής ευθυνών. Κάθε κρίση ηλεκτροδότησης δεν είναι απλώς μία προσωρινή διακοπή, αλλά ένα πλήρες crash test για την ικανότητα ενός συστήματος να προβλέπει, να αντιδρά, να ανακάμπτει και – το σημαντικότερο – να μαθαίνει. Και όσο σύνθετο κι αν γίνεται το τοπίο, άλλο τόσο αυξάνεται και το διακύβευμα: η ενεργειακή ασφάλεια δεν είναι δεδομένη· είναι υπό συνεχή διαπραγμάτευση.

Διαβάστε ακόμη