Blackouty - ujasnění pojmů a dojmů

Před pár měsíci došlo k masivnímu výpadku elektřiny na velkém území Pyrenejského poloostrova (rozuměj Španělsko a Portugalsko) a v některých oblastech severní Afriky. Myslím, že o tom slyšel každý. Přednedávnem došlo k menšímu výpadku taky v Praze a lidé, jako obvykle, měli v obou případech hned jasno - zelený deal, kyberútok, Putin, mimozemšťani nebo možná i boží zásah. Jenomže energetická infrastruktura je tak komplexní systém, že za příčinou někdy může být schovaná i naprosto banální záležitost. Neboli jinými slovy, i v případě blackoutu může hrát roli efekt motýlích křídel.

Masivní blackouty nejsou nijak vzácným jevem. Třeba i zde na Wikipedii naleznete seznam těch největších počínaje rokem 1962. Abychom se dostali k jádru problému, dáme si nejdříve trochu fyziky v kostce. Lidé na internetu obvykle mluví o tom, že změny v síti způsobuje nějaké "přepětí", tedy že se asi "něco stalo s napětím". Jenomže za masívními výpadky nestojí změna v napětí, ale změna ve frekvenci. Elektřina je mocná síla a střídavý proud je hodně citlivý na změny frekvence. Napětí je v případě blackoutů druhořadé.
Internetový pojem "přepětí" může vyvolat pouze lokální poruchy buď na úrovni spotřebičů (vyhodíte si doma pojistky), nebo na úrovni trafostanic či místních distribučních sítí, kde něco "zajiskří a shoří". Jinými slovy, změny v napětí rozhodně nevyřadí z provozu celé město a už vůbec ne rozsáhlá území. Zato změny ve frekvenci už ano a právě proto je frekvence klíčová na udržení správného chodu. Například, aby evropská síť šlapala jako hodinky, je povolen pouze jednoprocentní výkyv frekvence (49,5 - 50,5 Hz) a všichni výrobci musí být synchronizováni. Takže z logiky věci - čím více výrobců, tím větší požadavek na synchronicitu. A synchronicita se netýká jen výrobců, ale třeba i různých úložišť.
Co všechno může ovlivnit změnu frekvence? Je toho spousta a příčina někdy může být skutečně tak jemná, jako ty motýlí křídla. Začněme ale těmi nejznámějšími vlivy:

1. Nerovnováha mezi spotřebou a produkcí - pokud odběr elektřiny výrazně stoupá (třeba náhlé zapnutí velké továrny nebo nedostatečná produkce), frekvence klesá. Nebo naopak, pokud produkce výrazně stoupne (třeba náhlé připojení nové elektrárny) nebo náhle poklesne odběr (třeba v noci), frekvence stoupá. Přesah povoleného výkyvu způsobí masivnější výpadek proudu. Tady tedy roli hraje hlavně správná synchronicita a kvalita automatizace sítě.
2. Pokles výkonu solárů/větrníků - u obnovitelných zdrojů jedno velké bacha - příčinou není samotný obnovitelný zdroj, ale ve většině případů je příčinou počasí, které ten výkon ovlivní! Dbejme tedy skutečně na to, co je příčinou.
3. Poruchy generátorů a vedení - tady je možností spousta... od ovlivnění počasím (především blesky), přes typ a chování generátorů nebo jejich mechanickou setrvačnost (ony se totiž točí, aby generovaly tu správnou frekvenci).
4. Lidský faktor - když nějaký pracovník omylem zaklikne něco blbě v nějakém softwaru nebo zmáčkne špatný čudlík, i takový sám voják v poli může spustit kaskádu vedoucí k rozsáhlému blackoutu.
5. Technologické a softwarové aspekty - jedná se hlavně o to, aby celá síť fungovala tak, jak má a udržovala se správná frekvence a synchronicita sítě, takže je to úzce propojeno s bodem č. 1.

Když se nad tím člověk zamyslí, ve většině případů je příčinou různých blackoutů počasí (neříkám, že vždy, ale většinou). Pokud totiž nebereme do úvahy lidské, technologické nebo softwarové chyby, za prvotním impulsem výpadku elektřiny skutečně stojí hlavně počasí. Málokdo si totiž uvědomuje, že zemská atmosféra má obrovský vliv na zmíněnou frekvenci sítě.
Ve zkratce: Blesky - masivní elektrický výboj → "přepětí" → automatické odpojení generátorů. Proč se automaticky odpojí generátory? Protože nechceme, aby se změnila ta frekvence a ztratila synchronicita. Jenomže odpojení generátorů má za následek co? No právě pokles té frekvence a tedy kolaps sítě z důvodu narušení synchronicity a změny produkce. U blesků záleží hlavně na tom, co, kde a kolik toho bylo zasaženo, tj. kolik generátorů se muselo kvůli tomu automaticky odpojit. Vítr a slunce se pak pohrávají s větrníky a soláry docela vtipně, protože jednou jich je moc, jindy málo a výsledkem je nestabilní výstup - jednou velký výkon, jindy malý výkon, pak někdy i žádný výkon. Takže se znovu kde co odpojuje, což způsobí co? Změnu frekvence a potenciálně i masivnější výpadek.
Stejným způsobem ovlivňuje celou elektrickou infrastrukturu třeba i sněhová vánice nebo silné bouřky (při kterých jsou obvykle i ty blesky nebo silný vítr). Nebo příčinou může být i něco extrémnějšího - třeba geomagnetická bouře ze slunečních erupcí.

Proč jsem se ale rozhodla tohle všechno sepsat? Protože u blackoutu ve Španělsku a Portugalsku se příčina hledala docela těžko a ono to vypadalo tak, že za tím skutečně nejsou ani ty soláry, o kterých se spekulovalo nejvíc. Jednoduše, v tomto případě se skutečně zatím neví, jaká byla příčina. A právě tady může roli sehrát ten efekt motýlích křídel, proto nabízím jednu skromnou hypotézu: že zohledníme ještě další důležitý atmosférický parametr - teplotu. Existuje totiž ne moc známý (ale mezi meteorology ano) pojem atmosférou indukované vibrace. Mě ale zaujaly hlavně vibrace indukované změnou teploty. Proč? Protože v té době na celém Pyrenejském poloostrově a severu Afriky došlo k prudkému oteplení počasí.
Co by to mohlo znamenat? To přece znáte možná i ze života - změna teploty roztahuje nebo smršťuje různé materiály. A ono to má skutečně vliv i na vodiče, kabely nebo stožáry. O tom se i ví, není to nic vzácného ani tajemného! Pointou je, že nepřiměřené smršťování nebo roztahování materiálů (třeba při náhlém oteplení/ochlazení vzduchu) může vyvolávat různé vibrace a rezonance, které mají za následek mechanické opotřebení, zkrat, lokální selhání transformátorů, případně i nestabilitu frekvence. Navíc, teplota má obrovský vliv i na impedanci (odpor) střídavého proudu, čímž dojde ke změně v tocích proudu, a to může být další křídlo, které zamává s vyhrocenou situací o něco víc a výsledný efekt se tak sčítá. Výrazné změny teploty na rozsáhlém území tedy skutečně mohou být tou primární, téměř nepostřehnutelnou příčinou, která spustí celou kaskádu procesů končících masivním blackoutem.

Co z toho všeho vyplývá? Nedělat hned závěr a určit viníka, ale spíš zvážit všechny známé možnosti a blackouty vnímat jako něco mnohem komplexnějšího, kde ta skutečná příčina může být něco naprosto minoritního, ale velmi podstatného, protože může jít o první kostku celého domina.