Článek
„Ale pane Dente, ty plány byly přístupné na plánovacím oddělení úřadu pro místní rozvoj už tři čtvrtě roku.“
„To jo, a jakmile jsme se to dozvěděl, hned jsem se taky na ně šel podívat, včera odpoledne to bylo. Zrovna jste se nenamáhali na ně upozorňovat, co? Jako třeba že byste to někomu řekli nebo něco na ten způsob.“
„Ale ty plány byly vyvěšeny…“
„Vyvěšeny? Musel jsem je nakonec jít hledat do sklepa.“
„Tam je oddělení, kde je vyvěšují.“
„S baterkou.“
„Asi byl zrovna výpadek proudu.“
„A schody zřejmě taky zrovna vypadly.“
„Podívejte, našel jste to oznámení, nebo ne?“
„Ale jo, našel. Na dně zamčené registračky, a tu vecpali na zrušený záchod a na dveře dali ceduli Pozor leopard!“
Když jsem si nedávno posteskl nad tím, že diskuze o blackoutu má v civilizovaném světě tradičně pouze dvě polohy (buď nebyl, a pak ani nehrozil, anebo byl, a pak nás před ním nikdo nevaroval), nebylo to samoúčelné. Chtěl jsem tím téma odtabuizovat a vyzvat k racionální a otevřené diskuzi nad nejrůznějšími hraničními situacemi. Jenomže kde je najít? Média řeší raději kulturu vyvěšování vlajek, ChatGPT si vymyslí cokoliv, aby vám udělal radost, a dokonce i Otto mlčí…
Nezbývá než vzít do ruky baterku, projít pár ztemnělých sklepů a zapátrat v nich po po zrušených záchodech. Nedávno jsem v jednom takovém sklepě doslova narazil na jednoho chlapíka v kšiltovce s nápisem Energie Chiemgau. Ve tváři měl výraz Nicolase Cage z Lovců pokladů, v ruce zamčenou registračku a za sebou dveře s cedulí Pozor Leopard. Jmenoval se Stefan Spiegelsperger. Ten muž, ne ten leopard. A o obsah té registračky se s námi ochotně podělil v tomto videu.
Nikdy nepodceňuj Němce, říká Konfucius. Ale já si stejně myslím, že ani ten nejpečlivější z nich ve volných chvílích nelouská 194stránkový dokument s mimořádně sexy názvem Systemstabilitätsbericht 2025. Tedy s výjimkou Stefana a buďme za to rádi.
Zprávu o systémové stabilitě vydávají němečtí provozovatelé přenosových soustav (jsou celkem čtyři) každé dva roky. Když přitom porovnáte poslední dvě verze (číst to 2×, to už by byl tedy výkon i na Stefana), zjistíte, že stabilita německé soustavy se zhoršuje, a to především kvůli rostoucímu podílu OZE, nedostatečné síťové infrastruktuře a novým problémům s harmonickými frekvencemi. Sumarizační tabulka potvrzuje, že německý systém si nepolepšil v napěťové a frekvenční stabilitě a pohoršil si v přechodové stabilitě, odolnosti sítě i harmonické stabilitě.
Sumarizační tabulka ke stabilitě soustavy
Už jste tu divnost zavánějící hudební naukou přečetli dvakrát, takže tušíte, že nejde o překlep. Ne, nemá to nic společného s králem modulací Beethovenem ani s mistrem kontrapunktu Brahmsem.
Harmonické rušení v elektroenergetice nastává, když „čistý“ elektrický signál s učebnicovou sinusoidou narušují nežádoucí výkyvy. Nepřimíchávají je nám tam přitom ruští hackeři (aspoň doufejme), nýbrž jakákoliv zařízení vybavená tzv. výkonovou elektronikou, tedy měniči nebo střídači. Protože tyto šikovné věcičky dokážou převádět stejnosměrný proud na střídavý a naopak, asi vás nepřekvapí, že se bez nich neobejde provoz fotovoltaik, větrníků ani baterií.
Když si tedy energetiku představíme jako orchestr (abychom zůstali v hudebním světě), synchronní zdroje by reprezentovaly bicí, elektronické klávesy nebo akordeony a OZE třeba trumpety či jiné obtížně naladitelné dechové nástroje.
Důležité je, že tyto vysokofrekvenční harmonické složky (100 Hz, 150 Hz apod.) se vyskytují v elektrickém signálu paralelně s normální frekvencí 50 Hz. Prostě něco na způsob flažoletu nebo alikvótního zpěvu, akorát omylem (modří vědí).
Znělo by to jako přednáška pro energetické (či hudební) fajnšmekry. Kdyby při nezvládnutí těchto jevů nehrozilo, že poklesne účinnost sítě, klekne transformátor, nebo se dokonce rozpadne soustava. A tím se dostáváme k 19. srpnu 2024.
V srpnu 2024 došlo na jednom místě s několika offshore měniči k harmonickému rušení, které po dobu dvou hodin vytvářelo mimořádně vysoké harmonické úrovně proudu a napětí v rozsahu mezi 450 Hz a 550 Hz. Toto harmonické rušení se rozšířilo do celé německé přenosové sítě i distribučních sítí a jednoznačně vycházelo z této poruchy, protože úrovně typicky převládající na těchto lokalitách jsou výrazně nižší. Tato událost vedla k aktivaci ochran a odpojení celkem čtyř HVDC měničů po jmenovitých výkonech 800–900 MW.
Takže vloni v létě zlobily měniče HVDC kabelů napojených na větrníky někde v Severním moři tak, že rozhoupávaly frekvenci až na jedenáctinásobek běžné hodnoty. Trvalo to dvě hodiny a prolezlo to do všech přenosovek i distribuček v Německu. A výsledkem byl výpadek HVDC kabelů s potenciálem okamžitě vynulovat až nějakých 3,4 GW výroby! Zkuste zůstat v klidu, když víte, že německá soustava ustojí okamžitý výpadek 3 GW…
Offshore HDVC
Klika, že v pondělí 19. srpna 2024 ráno skoro nefoukalo, že? Před osmou dodávaly německé offshory do sítě jen něco málo přes 300 MW a jejich výkonové minimum v době „harmonického koncertu“ činilo 130 MW. Zjednodušeně řečeno tedy vypadly kabely, kterými v tu chvíli skoro nic neteklo. Kdyby vypadly o den dva později, mohl se incident dostat na mnohem exponovanější místa než na stranu 120 Systemstabilitätsbericht 2025.
Výroba offshore větrných elektráren
Výzkumná organizace Netztransparenz už v roce 2023 upozornila mimo jiné na to, že větrný sever Německa má mnohem méně stabilní síť než průmyslový jih…
Slabý sever vs. silný jih
…a na začátku roku 2024 k tomu doplnila dost závažné skutečnosti Mirjam König, která jako zástupkyně provozovatele přenosové soustavy TransnetBW vedla „Stresstest“ všech čtyř německých přenosovek v roce 2022.
Zjistili jsme stavy, ve kterých by již chyba N-1 stačila k rozpadu systému. To znamená, že například zásah bleskem, který by způsobil výpadek vedení, by mohl narušit rovnováhu elektrické sítě. To je opravdu pozoruhodné! Kritérium N-1 je základním principem německého plánování provozu a síť by ho již nesplňovala. Tento fakt už vnímají i politici. Nás zaujalo zejména to, že stabilita sítě je výrazně ohrožena především na severu, kde jsou připojeny velké větrné offshore elektrárny, ale síť je tam méně hustá než na jihu.
Zpět k našemu incidentu. Dokument s tím hrozným názvem a letopočtem 2025 dost složitým jazykem popisuje, že harmonické rušení vyplynulo z kombinace nepříznivých jevů: slabého výkonu větrných turbín, nízkého zatížení, specifického zapojení či podivného chování měniče, který rušení posiloval, místo aby ho tlumil. Harmonické vlny tak rostly, zařízení začalo reagovat špatně, než ochrany prohlásily cosi ve smyslu „tak na to se vám můžeme vykvajznout“ a odpojily se.
Tady to máte ještě graficky. První graf zachycuje průběh napětí a druhý průběh proudů těsně před odpojením (tři křivky = tři fáze). Zatímco za normálních okolností vidíme krásně uhlazené sinusovky, tyhle jako kdyby kreslil někdo, komu byla fakt velká zima. To je rokenrol, co?
Průběh napětí a proudů
Harmonické rušení se podařilo odstranit až po dvou hodinách, a to díky výpadku několika výkonových elektronických komponent a nouzovému vypnutí konvertoru, který rušení způsoboval. Během rušení byl tak do přenosové sítě přiveden harmonický proud 10. řádu (10× 50 Hz = 500 Hz) až ve výši 300 A. Porucha se pak šířila nejen v celé německé síti, ale dokonce i v přenosovkách sousedních zemí!
Incident tak jednoznačně prokázal, že simulace, které předpokládaly, že takové poruchy jsou lokálního charakteru, nejsou správné. Harmonické frekvence se šíří v celém systému a není možné je přesně predikovat ani lokalizovat.
Šíření poruchy ilustruje tato mapka. Barvy odpovídají „plínové“ diagnostice – čím hnědší, tím hůř. Podle Stefana se vlny šířily i do Belgie, Nizozemska či Francie.
Mapa šíření harmonického rušení
Jak daleko bylo 19. srpna 2024 Německo či snad i půlka Evropy od blackoutu, lze jen spekulovat. Jistou představu nám však dává ukazatel THDU (Total Harmonic Distortion of Voltage), který udává celkové harmonické zkreslení napětí v systému. Zatímco nízké hodnoty pod 5 % indikují relativně čistou síť a stabilní napětí, vysoké hodnoty nad 8 % silné zkreslení a nestabilitu. Víte, kolik dosáhlo Německo v den D? 30 %…
Protože přiznání je polehčující okolnost, na závěr připustím, že toto téma přesahuje mé odborné znalosti a budu rád, když v diskuzi cokoliv opravíte či doplníte. Jsem si vědom, že moje snaha zjednodušovat jevy, kterým sám tak docela nerozumím, může vést k značnému zkreslení reality. I tak je však z odborných zpráv a vyjádření expertů jednoznačně cítit, že situace 19. srpna 2024 rozhodně nebyla standardní a že se o ní v médiích nenapsala ani řádka jen kvůli tomu, že nakonec nezpůsobila výpadek, a nestala se tak politickým tématem.
Proč tedy o té podivnosti vůbec píšu? Rád bych vyzval ke změně komunikace oněch mezních situací, kdy se energetika ocitla na hraně, protože cítím, že jich každým rokem přibývá. Politici něco vymýšlejí, investoři něco staví, výrobci vyrábějí, baterkáři to pak ukládají, spotřebitelé spotřebovávají a nadávají. Nějak to funguje. Ale na dispečincích sedí lidé, kteří ten cirkus musí spolehlivě (a pokud možno i co nejlevněji) uřídit. Disponují sice mnohem výkonnějšími technologiemi, ale krotí stále divočejší a nevyzpytatelnější zvířata.
Tak si to konečně přiznejme. Budujeme úplně novou energetiku a neumíme s ní zacházet. Dejme provozovatelům přenosových a distribučních soustav víc času a prostředků (i finančních) na to, ať mají šanci adaptovat síť na překotný vývoj zdrojové základny a totální změnu paradigmatu v oblasti výroby a spotřeby.
A možná se v mezičase zamysleme i nad tím, jestli je opravdu nutné bez ohledu na geografické podmínky všude tlačit tu samou energetickou strategii. Řeknu to jazykem řeznického psa, aby to bylo srozumitelné: Mám na mysli strategii cpát OZE do baseloadu.
O harmonickém rušení jsem osobně tento týden slyšel poprvé. Připadá mi, že jde o jednu z mnoha výzev probíhající transformace. Pojďme se o nich bavit racionálně a bez ideologie. Jsem si jist, že zájem máme pořád stejný: Chceme bezpečnou, dostupnou a udržitelnou energetiku (v tomto pořadí), která je schopná rozumné reprodukce. Ámen.
