Czekając na blackout. W Polsce fizyka działa tak samo, jak w Hiszpanii

Prof. Władysław Mielczarski: Awaria w Hiszpanii to dosłownie kopia wydarzeń z 2019 roku w Wielkiej Brytanii

– Jeżeli nie będziemy kasować elektrowni węglowych, ewentualnie zastępować je gazowymi, to jesteśmy bezpieczni. W tej chwili nie jest źle, ale droga, którą mamy podążać zgodnie z unijną polityką energetyczną, prowadzi do powtórki z Hiszpanii i Anglii – mówi prof. Władysław Mielczarski, ekspert do spraw energetyki z Politechniki Łódzkiej.

Aldona Cichy-Minorczyk: Już za chwilę lato, upały i zwiększone zużycie energii. Niedawny blackout w Hiszpanii skłania do zadania pytania nie o to „czy”, tylko „kiedy” w Polsce zabraknie prądu. Co tak naprawdę wydarzyło się kilka tygodni temu w Hiszpanii?

Prof. Władysław Mielczarski: Wiemy tyle, że nastąpił blackout, czyli rozłączenie systemu i przerwanie dostaw energii do odbiorców. Podobnie w Portugalii oraz na południu Francji. Kilka dni później rząd hiszpański i komisarz ds. energii Komisji Europejskiej wydali oświadczenie, w którym stwierdzili, że nie wiadomo, jaka jest przyczyna awarii, będzie to badane, ale na pewno nie spowodowały jej odnawialne źródła energii. Poinformowano też, że dalsze prace zostają utajnione.

Dlaczego zostały utajnione, panie profesorze? Wszyscy chcemy się dowiedzieć, co się stało, by uniknąć blackoutu w przyszłości.

Pozostawię to bez komentarza. A jaka była rzeczywistość? Hiszpania przez Pireneje ma słabe połączenia z Francją, która ewentualnie mogłaby podtrzymać jej system elektroenergetyczny. W dniu awarii już od rana w systemie występowały wahania, takie jakby fale zmian mocy, które przemieszczały się przez system. To nie jest nic szczególnego, to się zdarza i od tego są zabezpieczenia. Ale one albo nie zadziałały, albo wahania przekraczały zdolności tych zabezpieczeń do ich stłumienia. Około godziny 13.00 rozłączyła się pierwsza elektrownia gazowa o mocy 1,5 GW. Hiszpania pobiera ponad 20 GW, więc to w normalnych warunkach nie jest wielkim problemem. Tyle że tutaj mieliśmy „rozkołysany” system. I po tym, jak się wyłączyła pierwsza elektrownia, zaczęła się kaskada wyłączeń i w ciągu zaledwie 27 sekund system przestał funkcjonować. To pokazuje, jak są to szybkie procesy i jak człowiek jest bezradny wobec nich.

Co było przyczyną?

Źródła informacji inne niż rządowe wskazują na nadmiar źródeł odnawialnych, które w momencie awarii generowały aż 78 proc. używanej energii. I co się stało? Jeżeli system zaczyna się wahać, to zmienia się częstotliwość. Żeby stłumić te zmiany, które następują szybko, wykorzystuje się inercję, czyli zdolność do pozostawania w pewnym określonym stanie. Jak np. przyhamujemy samochodem, to ta inercja powoduje, że nasze ciała lecą do przodu, bo chcą dalej jechać. Normalnie w systemie elektroenergetycznym mamy inercję, która zależy od masy tej wirującej części i prędkości. Turbogeneratory gazowe, węglowe czy jądrowe wirują z prędkością 3000 obrotów na minutę i są w stanie gromadzić w tym wirowaniu energię. Jeżeli są wahania energii w systemie, to przyspieszają - jak jest nadmiar tej energii, żeby ją zakumulować, a jak jest niedomiar - to zwalniają i ją oddają. To jest taka pierwsza instancja, która działa automatycznie, bez wiedzy człowieka. To tak trochę jak w samochodzie, zawieszenie tłumi nam drgania bez naszej interwencji. W przypadku omawianej awarii 78 proc. energii mieliśmy z OZE, były to głównie panele i wiatraki. Panele nie mają w ogóle żadnej inercji. Natomiast wiatraki mają, ale minimalną. Co to powoduje? Narasta szybkość zmian w systemie, a rezerwy działają dopiero po pewnym czasie. Inercja nie wyhamowuje prędkości i mamy awarię.

Czy już kiedyś mieliśmy do czynienia z awarią wywołaną takimi zjawiskami?

Awaria w Hiszpanii to dosłownie kopia wydarzeń z 2019 roku w Wielkiej Brytanii. Nie objęła wtedy tak dużego rejonu, ale parę milionów ludzi na wschód od Londynu było bez zasilania.

Rzeczywiście, pamiętam pokazywane w telewizji zdjęcia ludzi idących w kierunku stacji torami, tunelami, kiedy stanęły pociągi.

W Anglii awaria została spowodowana przez morską farmę wiatrową, dokładnie jak w Hiszpanii. Elektrownia gazowa próbowała wyregulować wahania, ale została przeciążona i się wyłączyła. Poszła kaskada. Nie działały koleje, lotnisko, prądu nie miały szpitale.

Niczego nie nauczyliśmy się po tej awarii?

Ten problem jest znany od lat. Jeżeli będziemy odstawiać jednostki węglowe czy gazowe, te obracające się klasyczne generatory, to będziemy destabilizować system, bo usuwamy z niego inercję. Wiedzą o tym inżynierowie. Podjęto się nawet próby budowania sztucznej inercji, ale z tego nic nie wyszło. Teraz próbuje się ją budować na magazynach energii, ale też nic z tego nie będzie, bo to fizyka na to nie pozwala. Inercja działa od razu i natychmiast. Natomiast wszystko, co ludzie zbudują, najpierw musi pomierzyć zmiany, odczekać, aż te zmiany będą odpowiednio duże. Wtedy dopiero uruchomić algorytmy, które to przeliczą, a później albo magazyn energii, albo zawór pary. W USA już 10 lat temu było mnóstwo prac na temat sztucznej inercji i nic z tego nie wyszło. Jeżeli będziemy opierać się na OZE, to będziemy doprowadzać do destabilizacji systemu. Nie zmienią tego żadne dyrektywy. Prawa fizyki chodzą własnymi drogami.

W Polsce póki co jesteśmy chyba w miarę w dobrej sytuacji? OZE w miksie energetycznym to 30 proc.

Tak, bo mamy dużo elektrowni węglowych i trochę gazowych. Jaworzno, Kozienice, Turów – to potężne bloki, które wirują i dają nam inercję. Klasyczne węglowe generują ponad 60 procent energii, a z gazowymi to w sumie 70 proc. Jeżeli nie będziemy kasować elektrowni węglowych, ewentualnie zastępować je gazowymi, ale gazu nie ma za dużo, to jesteśmy bezpieczni. Także Polskie Sieci Elektroenergetyczne są skuteczne. To znaczy, jeżeli energii z OZE jest za dużo, to operator je wyłącza. Tylko w kwietniu było ponad 20 takich wyłączeń. I dopóki będą w kraju te dwa czynniki, czyli elektrownie węglowe i poprawne działania operatora, to będzie inercja. Jeżeli będziemy likwidować bloki konwencjonalne, to nawet operator z wyłączeniami niewiele pomoże. W tej chwili nie jest źle, ale droga, którą mamy podążać zgodnie z unijną polityką energetyczną, prowadzi do powtórki z Hiszpanii i Anglii.