Jak nekontrolovatelné připojování větrných elektráren  srazilo Evropu do kolen 

Petr Nejedlý

Od té události už uplynul více než jeden rok. Nevšiml jsem si, že by někomu stála za připomenutí. Asi je považována za bezvýznamnou. Zkusím ji tedy připomenout čtenářům sám: V sobotu 4.11.2006 se evropská elektroenergetická soustava otřásla v základech. Začalo to úplně banálně již 18.9.2006. Tohoto dne požádalo rejdařství Meyerwerft firmu E.ON Netz (dále E.ON) o vypnutí dvou linek 380 kV Conneforde - Diele, které křižují řeku Ems, a to v termínu 5. 11. 2006 od 01:00. Důvodem této na první pohled kuriózní komunikace byla skutečnost, že z loděnice vyplouvala na volné moře nová luxusní zaoceánská loď "Norwegian Pearl" pro 2500 pasažérů. Vzhledem k ponoru této třídy lodí je nutné zvýšit hladinu řeky Ems, přičemž vzhledem k rozměrům lodi nelze zajistit dostatečný odstup elektrického vedení od vrchní části její konstrukce, což je samozřejmě nebezpečné pro posádku i pro loď. Od roku 1995 vypínala E.ON z tohoto důvodu tyto linky již čtrnáctkrát. Na základě provedených analýz předpokládaného zatížení přenosové soustavy E.ON předběžně povolila průjezd lodi 27.10.2006 a následně informovala o předpokládaném vypnutí spolupracující síťové operátory - TenneT (Holandsko) a RWE Transportnetz Strom (dále RWE) -, aby i oni mohli provést své síťové analýzy. Výsledkem těchto analýz bylo zjištění, že přenosové linky budou sice silně zatíženy, avšak v rámci povolených mezí.

Krátce před původně plánovaným termínem celé akce se začala situace komplikovat. Rejdařství požádalo dne 3.11. okolo 12:00 firmu E.ON o uspíšení vypnutí linek o 3 hodiny, tj. už na 4.11. ve 22:00. E.ON provedla novou síťovou analýzu a udělila předběžný souhlas, avšak o svém rozhodnutí o uspíšení akce neinformovala spolupracující operátory (TenneT a RWE). Vzhledem k pozdnímu oznámení rejdařství již nebylo rovněž možné provést úpravy v dodávkách elektřiny mezi Německem a Holandskem, které již byly nasmlouvány. E.ON rovněž nezapracovala nové informace do databáze DACF (Day Ahead Congestion Forecast), sdílenou všemi operátory v rámci UCTE, kterou odesílala 3.11. okolo 18:00. Spolupracující operátoři dostali od E.ON aktuální informace až 4.11. v 19:00.

Sobota 4.11. byla běžným víkendovým dnem. Vzhledem k snížené poptávce po el. energii probíhaly na mnohých linkách v rámci soustavy UCTE údržbové práce a rekonstrukce. V noci hodně foukalo, zpráva [1] zdůrazňuje důležitý aspekt pro region severní Evropy: vysokou dodávku elektřiny z Německa do Holandska a Polska - vzhledem k vysoké výrobě ve větrných elektrárnách.

21:30
Spolupracující síťoví operátoři potvrdili firmě E.ON své stanovisko, že přenosové linky budou silně zatíženy, avšak v povolených mezích, a udělili konečný souhlas s vypnutím linek Conneforde - Diele.

21:38
E.ON vypíná první linku 380 kV Conneforde - Diele (tzv. červená linka).

21:39
E.ON vypíná druhou linku 380 kV Conneforde - Diele (tzv. bílá linka).
Po vypnutí druhé linky E.ON obdržela několik výstražných hlášení o vysokém zatížení linek Elsen - Twistetal a Elsen - Bechterdissen.

21:41
RWE informuje E.ON o bezpečnostním limitu 1795 A na lince Landesbergen - Wehrendorf (propojovací linka mezi E.ON a RWE - viz mapa). V tomto okamžiku však nebyl tento limit ještě překročen.
Tato linka je rozhodující pro další vývoj událostí. Klíčovou informací je, že nastavení el. ochran na obou koncích linky nebylo identické. Vypínací proud na straně E.ON byl 3000 A, na straně RWE 2100 A (viz [1]). Zpráva [2] tuto možnost připouští s odvoláním na blíže nespecifikované technologické důvody a topologii sítě. Dle sdělení E.ON jejich dispečeři o této skutečnosti dříve nevěděli, dle sdělení RWE byla E.ON o této skutečnosti písemně informována již v září 2003.

21:46 - 21:52
Zatížení linky Landesbergen - Wehrendorf stále stoupá. Probíhá vzrušená telefonická komunikace mezi E.ON, RWE a Vattenfall Europe Transmission. Situace je hodnocena jako napjatá. RWE informuje E.ON o nastavení ochran inkriminované linky.

22:05 - 22:07
Zatížení linky Landesbergen - Wehrendorf stále stoupá a překročilo o 100 MW výkon odpovídající výstražné hodnotě 1795 A na straně RWE.

22:08
Zatížení linky Landesbergen - Wehrendorf stále stoupá. Dispečeři RWE jsou pod silným psychickým a časovým tlakem. Na základě dříve zpracovaných síťových analýz jsou si vědomi skutečnosti, že výpadek linky Landesbergen - Wehrendorf může "zbořit" německou rozvodnou soustavu. Neprodleně telefonicky kontaktují E.ON a požadují okamžitý zásah. Pod stejným tlakem je nyní dispečerská směna E.ON. Hrozí akutní nebezpečí vypnutí linky Landesbergen - Wehrendorf el. ochranami. Není čas provést síťovou analýzu. Dispečeři E.ON se rozhodují propojit samostatně provozované přípojnice rozvodny Landesbergen (v [1] se uvádí na základě empirického zhodnocení situace). Rozvodna Landesbergen je standardně provozována s dvěma separátními přípojnicemi z důvodu omezení zkratového proudu v případě provozu elektrárny Robert Frank 4 (elektrárna nebyla 4.11. v provozu). Konfigurace sítě před a po propojení přípojnic viz [1], obr. 30 a 31. Podle odhadu dispečerů mělo po manipulaci dojít k snížení zatížení linky o cca 80 A. Bohužel konfigurace sítě už určitou dobu není standardní. Jejich odhad nevyšel, naopak došlo k zvýšení zatížení, což byla ona pověstná poslední kapka.

22:10:11
Směna E.ON provádí výše popsanou manipulaci na rozvodně Landesbergen.

22:10:13
Elektrické ochrany vypínají linku Landesbergen - Wehrendorf. Situace se vymyká jakékoliv kontrole. Začíná vládnout fyzika. Dochází ke kaskádovitému vypínání linek VVN směrem ze severu Evropy na jih (hlavní směr: severní Německo - jižní Německo - Rakousko - Chorvatsko - Maďarsko).

22:10:13 - 22:10:32 (19 vteřin)
Ochrany vypnuly 30 linek VVN v 8 státech Evropy. Jako kuriozitku uvádím, že v 22:10:32 rovněž vypadla linka 400 kV mezi Španělskem a Marokem. Seznam linek viz [1],

22:11:29 - 22:11:33
Ochrany vypínají další 3 linky v Chorvatsku a Bosně-Hercegovině. Seznam linek viz [1], příloha 3.

V průběhu výše uvedených událostí (přesně ve 22:10:28) došlo k rozpadu jednotné evropské elektroenergetické sítě UCTE na tři oblasti (ostrovy), v kterých se v závislosti na aktuální bilanci výroby a spotřeby ustálily různé fyzikální poměry. Níže uvedená ilustrační mapa byla převzata z [1].

Vzhledem k rozpadu evropské soustavy se přerušil tok el. výkonu cca 9 500 MW z východu Evropy na západ.

V severovýchodní oblasti, v které se rovněž nacházela i Česká republika, byl přebytek výroby nad spotřebou, frekvence se přechodně zvýšila na 51,4 Hz a ustálila se na 50,4 Hz. Dispečeři tedy museli rychle zapínat přečerpávací elektrárny do čerpacího režimu a provádět další manipulace, aby eliminovali přebytek výroby.

V západní oblasti panoval těžký nedostatek výkonu. Frekvence poklesla na 49,0 Hz. V této oblasti byly aktivovány systémy automatického odpojování zátěže, tj. spotřebitelů (viz [1]). Některé činnosti byly rovněž prováděny manuálně (viz [1]). Materiál [1] uvádí odpojení celkové zátěže 17 000 MW a 1600 MW čerpacího výkonu přečerpávacích elektráren. Dle údajů UCTE bylo postiženo výpadkem více než 15 milionů domácností.

V jihovýchodní oblasti panoval mírný nedostatek výkonu, frekvence se ustálila na 49,8 Hz.

Po 22:10 byla zahájena rozsáhlá (a mnohdy asi i velmi emotivní) komunikace mezi jednotlivými síťovými operátory s cílem zjistit aktuální informace a pokusit se o resynchronizaci soustavy.

První pokus o resynchronizaci severovýchodní oblasti a západní oblasti proběhl ve 22:34, avšak neúspěšně - z důvodu příliš vysokého rozdílu frekvencí. Úspěšný pokus proběhl až ve 22:47. Ve 23:57 byla soustava znovu kompletně propojena. V této době bylo rovněž kompletně obnoveno napájení dříve odpojených spotřebitelů.

Negativní vliv větrných elektráren na resynchronizaci severovýchodní oblasti (2)

Severovýchodní oblast byla před výpadkem hlavním dodavatelem elektřiny v Evropě. Po rozdělení na tři samostatné oblasti a přerušení výkonových toků (výpadky linek VVN) v ní došlo k výraznému převážení výroby nad spotřebou, což znamenalo zvýšení frekvence nad 50 Hz. V prvním okamžicích po "velkém třesku" došlo k automatickému odpojení výrobních jednotek citlivých na zvýšení frekvence (převážně větrných elektráren). Dle [1], kap. 3.2, došlo k odpojení celkem 6 200 MW výkonu větrných elektráren - cca 5 400 MW v severním Německu a cca 800 MW v Rakousku. Dispečeři jednotlivých státních síťových operátorů v oblasti se nyní snažili "zbavit" přebytku výroby. Po několika minutách se jim částečně podařilo vyrovnat bilanci a došlo tedy k poklesu frekvence. V čase od 22:13 ale začalo docházet k nekontrolovatelnému automatickému připojování větrných elektráren k síti (viz [1]). Toto však bylo v naprostém rozporu s aktuálním požadavkem na omezení výroby! Vzhledem k tomu, že větrné elektrárny jsou decentralizované zdroje, tj. mimo přímou kontrolu síťového operátora, nebylo v silách dispečerů tento proces zastavit. Nekontrolovatelné toky el. výkonu z větrných elektráren vyvolaly silné přetížení linek v jižní části této oblasti, a to včetně linek v ČR (viz [1], text 3.2). Následovala rozsáhlá komunikace dispečerů s energetickými společnostmi a ruční manipulace s cílem zajistit snížení výkonu centrálně řízených výrobních jednotek příp. jejich odstavení a přechod přečerpávacích elektráren do čerpacího režimu. Této fáze stabilizace se rovněž velmi aktivně účastnil i český operátor sítě (ČEPS) a s velmi dobrými výsledky.

Závěr
Funkční, stabilní a spolehlivá elektroenergetická soustava zdaleka není taková samozřejmost, jak si někdo asi myslí. Jak je vidět na příkladu z 4.11.2006, stačí dvacet vteřin a můžeme si minimálně několik hodin užívat života před elektrifikací. Zvyšování podílu obnovitelných a decentralizovaných zdrojů malého výkonu na produkci elektřiny může mít možná svůj ekologický přínos. Ovšem toto je pouze jedna strana mince, druhou stranou téže mince je skutečnost, že se jedná o zdroje s obtížně předpovídatelným chováním v elektroenergetické soustavě a provozovatelé sítě musí mít k dispozici účinné technické prostředky, které jim umožní vyrovnávat se s novými úkoly. To však mj. vyžaduje posilování stávající elektroenergetické infrastruktury, např. výstavbu nových zdrojů, přenosových vedení, přečerpávacích elektráren apod. Avšak všechny tyto požadavky narážejí na zuřivý odpor těch, kteří je vlastně primárně vyvolávají.

Použité podklady:
[1] UCTE: System Disturbance on 4 November 2006 - Final report
[2] Bundesnetzagentur: Report on the disturbance in the German and European power system on the 4th of November 2006
[3] E.ON Netz: Bericht über den Stand der Untersuchungen zu Hergang und Ursachen der Störung des kontinentaleuropäischen Stromnetzes am Samstag, 4. November 2006 nach 22:10 Uhr

 Vyšlo na Neviditelném psu