Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Každá kombinace situací v elektroenergetice je vždy unikátní

 |  6. 12. 2012
 |  Vesmír 91, 718, 2012/12
komerční prezentace

Na elektřině, a na její dostupnosti v každém okamžiku, je naše civilizace bytostně závislá. Víme, co pro nás znamená i jen několikaminutový výpadek, ať jsme doma, v práci, v tramvaji nebo ve výtahu.

Elektřina má však svá specifika. Lze ji jen obtížně a v omezeném množství skladovat, a proto musí být v každém, okamžiku zajištěna rovnováha mezi spotřebou a výrobou elektřiny. Propojená elektrizační soustava tvoří fyzikální systém, ve kterém se vzruch od každé poruchy okamžitě šíří celým systémem a ovlivňuje frekvenci, napětí i toky výkonů v soustavě.

Jednotlivé poruchy (například výpadky výrobních zdrojů, vedení nebo rozvoden) se mohou kaskádovitě šířit a způsobovat přetěžování dalších částí systému. Vlivem „rozkývání“ celého propojeného systému mohou také vznikat výpadky.

Na elektřině jsme závislí

Všechny tyto fenomény mohou za krajních okolností způsobit zhroucení systému na velkém území – blackout. Obecně jsou následky tak rozsáhlých výpadků srovnatelné s přírodními katastrofami. Fungování celé společnosti je ochromeno nebo velmi narušeno (všechny služby, infrastruktura, obchod, zdravotnictví, průmysl). Ekonomické škody jsou ohromné, stejně jako zásah do života jednotlivých lidí a celých komunit.

I když existují záložní zdroje pro klíčová zařízení (nemocnice, mobilní operátoři), přesto je zřejmé, že vůči nebezpečí a následkům blackoutů jsme bezbrannější, než jsme si ochotní připustit.

Obnovitelné zdroje versus sítě

O blackoutu se nyní v Evropě mluví hlavně v souvislosti s rostoucím výkonem větrných a fotovoltaických elektráren, tedy zdrojů s přerušovaným charakterem výroby, závislým na počasí. Když si vezmeme známé blackouty zaznamenané v minulosti, nikdy zatím nebyly prvotní příčinou kolapsu sítě obnovitelné zdroje.

V současné době však situace v propojených evropských elektrizačních soustavách vede Polsko a následně i Českou republiku k plánování instalace transformátorů s příčnou regulací (Phase shifting transformer – PST).

Konkrétně v Německu chybí odpovídající přenosová infrastruktura, která by v dostatečné míře propojila masivní výrobu elektřiny na severu země ve větrných zdrojích se spotřebními centry na jihu Německa, resp. s přečerpávacími elektrárnami v Rakousku. Tyto přetoky jsou navíc umožněny neomezenými obchodními transakcemi v jednotné obchodní zóně Německo-Rakousko, které nezohledňují úzká místa ve vnitroněmeckém systému. Kvůli dynamickému rozvoji obnovitelných zdrojů energie na severu Německa, který není koordinován s rozvojem sítí, tak vznikají mohutné toky elektřiny napříč Evropou. Elektřina si vždy hledá cestu nejmenšího odporu a v tomto případě nárazově přetěžuje sousední sítě, zejména v Polsku a Česku.

V posledních letech například dispečeři ČEPS stále častěji řeší kritické situace způsobené nadměrnými toky elektřiny z oblasti severního Německa přes území ČR a dále na jih Evropy. Takové toky elektřiny nejsou plánované a přesahují hodnoty, za kterých přenosová soustava bezpečně funguje. Přetížení systému by pak při výpadku některého zařízení soustavy mohlo vést až k blackoutu.

Díky profesionalitě zaměstnanců ČEPS se zatím podařilo všechny vyhrocené situace v přenosové soustavě zvládnout. Neřešení situace je však v dlouhodobém výhledu neudržitelné. Řešení přinese až adekvátní posílení severo- jižního a východo-západního vedení v Německu – což je však dlouhodobá záležitost v řádu deseti a více let. Úlevou by bylo i rozdělení jednotné rakousko-německé obchodní zóny. ČEPS bude řešit situaci pomocí transformátorů s řízeným posuvem fází, které umožňují omezení toků na vedení prostřednictvím změny fázového úhlu.

Kritické momenty v evropských sítích

Střední Evropa byla blízko zhroucení přenosových sítí při událostech z 25. července roku 2006. Po více než dvaceti letech byly v České republice vyhlášeny regulační stupně pro odběr elektřiny, které však postihly pouze velké odběratele. Regulace spotřeby trvala devět hodin.

Vše začalo ve Slovinsku. Kvůli požáru křovinatých porostů musela být vypnuta linka do Itálie. následně došlo k přetížení linky z Rakouska do Itálie a jejímu vynucenému vypnutí. Výsledkem této situace bylo otočení směru toků elektřiny, roztržení české soustavy do ostrovních provozů a stav nouze.

Provozovatelé evropských sítí se nicméně z této situace poučili a mezi svými dispečinky zavedli nový varovný systém. Na podobné krizové situace jsou tak lépe připraveni. Další krizová situace nastala ještě téhož roku, v noci ze 4. na 5. listopadu. Provozovatel sítě na severu Německa preventivně vypnul dvě linky velmi vysokého napětí, aby proud neohrozil luxusní výletní loď plující po řece Emži pod přenosovými linkami. Následně došlo ke kaskádovitému přetěžování a vypínání linek. Výsledkem byl dočasný rozpad evropské sítě do tří ostrovních provozů.

Česká republika se jako exportní region ocitla v přebytkovém ostrovu. ČEPS vyřešila situaci tím, že operativně omezila výkon velkých elektráren. Horší byly dopady v západní Evropě, kde došlo k výpadku dodávek elektřiny do více než 15 milionů domácností. Pouze profesionální reakci dispečinků vděčíme za to, že nedošlo k blackoutu ve velké části Evropy.

Legendární americké noci

V počtu velkých blackoutů vede americký kontinent. Právě zde došlo v listopadu 1965 k prvnímu rozsáhlému výpadku, který postihl přes 30 milionů obyvatel v severovýchodních částech Spojených států a v kanadské provincii Ontario. Na počátku byla lidská chyba, personál špatně nastavil parametry ochrany na přenosové lince vedoucí od vodní elektrárny u Niagarských vodopádů do Ontaria.

Výsledkem byla řetězová reakce, kdy ochranné prvky postupně odpojily přetěžující se přenosové linky a následně došlo i k odstávce elektráren. Například v New Yorku došlo k výpadku v půl šesté večer a dodávky v celém městě byly obnoveny až za 13 hodin.

Tak rozsáhlý kolaps do té doby Spojené státy nezažily. Není divu, že se objevila řada moderních legend.

Jedna praví, že devět měsíců po blackoutu zaznamenaly nemocnice v severovýchodní části USA výrazně vyšší počet porodů. Pravdivost této domněnky však o pět let později vyvrátil demograf Richard Udry. Pravdou naopak je, že v noci po rozsáhlému výpadku klesla míra zločinnosti v New Yorku na historicky nejnižší úroveň.

265 elektráren mimo provoz

Prakticky stejné území jako v listopadu 1965 postihl další blackout v srpnu 2003. Příčinami byla lidská selhání, výpadek monitorovacího systému, přerostlé stromy a celkově stará a poddimenzovaná infrastruktura.Jako první zkolabovala síť ve státě Ohio. Následný dominový efekt způsobil výpadky na celém severovýchodě USA i části Kanady. Rozsah této pohromy potvrzuje skutečnost, že z provozu bylo nutné odstavit celkem 265 elektráren.

Bez dodávek proudu se tentokrát ocitlo kolem 55 milionů lidí. Smůlu mělo například 140 horníků v dole u kanadského města Sudbury, v dole museli zůstat přes noc. K plnému obnovení dodávky v New Yorku a Torontu došlo až po dvou dnech, na většině postiženého území však energetici zvládli obnovit dodávky již během prvního dne.

Tentokrát však míra zločinnosti v New Yorku dosáhla katastrofických rozměrů. Výpadek proudu zasáhl město večer až poté, co majitelé obchodů opustili své živnosti a následně městem proběhla vlna násilí, rabování a žhářských útoků, která zničila stovky obchodů.

Kolaps italských přeshraničních linek

Rok 2003 byl v elektrizačních soustavách západního světa kritický. Výpadek dodávek elektřiny na celém území státu (s výjimkou Sardinie a několika dalších ostrovů) postihl také Itálii. Vlivem nekoordinovaných zásahů mezi dispečinky Švýcarska a Itálie po přeskoku napětí na přerostlý strom na přeshraniční lince došlo k následným přetížením zbývajících linek. Elektrická síť v Itálii, která je silně závislá na dovozu elektřiny, se zhroutila během čtyř sekund. Na severu Itálie se podařilo dodávky obnovit za tři hodiny, v celé zemi to trvalo až 12 hodin.

Jižní Amerika bez proudu

Podobně jako severovýchod USA zažila dvakrát velký kolaps elektrizační soustavy také Brazílie. V prvním případě bylo v březnu 1999 postiženo výpadkem dodávek 75 až 97 milionů obyvatel ve střední a jižní části země. Brazílie se v té době nacházela v ekonomické krizi, což mělo za následek mimo jiné zanedbávání investic do rozvoje a údržby přenosové sítě. Tehdy ke katastrofě stačil úder blesku do rozvodny ve státě São Paulo.

Podruhé byla Brazílie postižena blackoutem o deset let později, tedy v listopadu roku 2009. Silný vítr a déšť přerušil linky velmi vysokého napětí a odpojil tak nejlidnatější brazilské státy od dodávek proudu z největší tamní vodní elektrárny Itapú. Dodávky elektřiny do velkých měst byly přerušeny až na pět hodin. Poslední blackout postihl severovýchodní Brazilii 26. října roku 2012.

Největší kolaps přenosové soustavy roku 2010 se odehrál v Chile. Selhání jednoho z transformátorů způsobilo, že téměř celá země kolem deváté večerní zhasnula. Výpadek netrval příliš dlouho, kolem půlnoci již došlo k obnovení dodávek proudu do 90 procent odběrných míst. Blackout postihl jihoamerickou zemi pouhé dva týdny po silném zemětřesení, přímá souvislost mezi oběma katastrofami však nebyla zjištěna.

Nejvážnější následky blackoutu

Rekord v počtu lidí bez proudu však nedrží ani jižní, ani severní Amerika, ani indonéské ostrovy Jáva a Bali (blackout v srpnu 2005, který postihl až 100 milionu obyvatel). Neslavný primát drží Indie. Koncem července letošního roku se v severní části Indie ocitlo „ve tmě“ přes 600 milionů lidí. Zde jsou na vině z velké části politici, kteří nutili operátory soustav provozovat systémy až za hranu udržitelnosti kvůli předchozím masivním protestům obyvatel proti záměrnému vypínání spotřeby ve snaze zajistit bezpečný provoz celého systému.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Energetika

O autorovi

Tereza Soukupová

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné