Kraj w ciemnościach. Czy grozi nam blackout?

Rozległa awaria zasilania to zmora współczesnego świata, której skutki wykraczają daleko poza same kwestie energetyczne. „Blackout to nie tylko brak światła – bez prądu nie będziemy mieli ani ogrzewania, ani wody w kranach, która pompowana jest przez wysokoenergetyczne pompy. A to tylko przykłady” – mówi w rozmowie z Holistic.news prof. Jerzy Szczepanik. Zdaniem naukowca scenariusz blackoutu jest „jak najbardziej możliwy”. „W przypadku serii awarii w elektrowniach będziemy mieli naprawdę poważny problem” – dodaje

MATEUSZ TOMANEK: W jakich okolicznościach może dojść do blackoutu?

PROF. JERZY SZCZEPANIK*: Podstawowym źródłem blackoutu może być wadliwe przełączenie lub brak reakcji na awarię wielkiej linii transmisyjnej, np. o napięciu 400 kilowoltów. Taka awaria powoduje brak dopływu odpowiedniej ilości prądu elektrycznego do danego obszaru, a linia przesyłowa zostaje wyłączona. W takiej sytuacji pozostałe linie przejmują przesył energii i wtedy może się zdarzyć, że któraś z nich zostanie przeciążona i także wyłączona.

Następuje wtedy reakcja łańcuchowa, ponieważ kolejne linie transmisyjne również zostają przeciążone i także są wyłączane. Zdarza się tak przy awariach, w przypadku których nie możemy zastąpić wyłączonej linii alternatywnym źródłem zasilania. Może też się zdarzyć, że czekamy zbyt długo na podjęcie decyzji o próbie ponownego załączenia linii albo odłączenia części odbiorców. Tak było np. w Stanach Zjednoczonych w 2003 r.

A jak do blackoutu mogłoby dojść w Polsce?

Jeżeli w polskim systemie energetycznym wystąpiłby bardzo duży deficyt energii, np. w wyniku awarii jednego z ostatnio budowanych dużych generatorów, to mogłoby się okazać, że produkcja energii będzie mniejsza niż zapotrzebowanie. W takiej sytuacji obniża się napięcie w systemie oraz częstotliwość prądu. Ujmując sprawę prościej – zapotrzebowanie na prąd jest większe od jego produkcji. W rezultacie mogą zadziałać specjalne zabezpieczenia w postaci systemu SCO (samoczynne częstotliwościowe odłączenie – red.), które rozłączą cały system, co doprowadzi do tzw. pracy wyspowej. Brak takiego zabezpieczenia powoduje lawinowe wyłączenie kolejnych linii transmisyjnych.

Do awarii może dojść także wtedy, gdy jeden z wielkich generatorów prądu ulegnie uszkodzeniu. W takim przypadku zazwyczaj nic nam nie grozi. Awaryjne wyłączenie jednego z nowych generatorów, np. tego w Opolu albo w Kozienicach, doprowadzi do gwałtowanego spadku produkcji energii elektrycznej. W Polsce Centralna Dyspozycja Mocy zazwyczaj utrzymuje jednak pewną rezerwę na wypadek awarii któregoś z wielkich generatorów.

Jak wygląda taka rezerwa?

Taką rezerwą jest chociażby elektrownia szczytowo-pompowa na Górze Żar lub w Żarnowcu. To właśnie takie elektrownie w przypadku awarii mogą zastąpić bloki energetyczne. Mogą to być również elektrownie gazowe, które mają stosunkowo krótki czas rozruchu, a także elektrociepłownie. Działają one przez cały czas i wystarczy przekierować parę do turbogeneratora. To jest nasza struktura zabezpieczająca oraz, co warto podkreślić, są to nasze rezerwy, które powinno posiadać każde państwo.

Czym jest owa elektrownia szczytowo-pompowa?

Jest to specyficzny układ dwóch zbiorników wodnych, z których jeden usytuowany jest powyżej drugiego. W momencie, gdy zapotrzebowanie na prąd jest małe, elektrownie węglowe muszą gdzieś „wydać” wyprodukowaną nadwyżkę prądu. Wtedy, za pomocą pomp zasilanych tym prądem, pompuje się wodę do górnego zbiornika, zamieniając energię elektryczną na energię potencjalną wody. W okresie niedoboru energii woda spuszczana jest do dolnego zbiornika przez turbinę, która wytwarza prąd. To jest jeden ze sposobów zmagazynowania energii.

W jaki sposób przed awarią zasilania zabezpieczają się szpitale?

Instytucje, które muszą zachować szczególną pewność zasilania – takie jak szpitale, centra komputerowe czy centra przesyłu danych –  mają swoje awaryjne źródła energii elektrycznej. Może to być generator lub generatory. W przypadku, gdy nie może dojść do przerw w zasilaniu, a tak jest np. w szpitalach w czasie operacji, stosuje się urządzenia typu UPS. Są to zasilacze podtrzymujące pracę konkretnych urządzeń bądź zestawów urządzeń w trakcie chwilowego zaniku napięcia.

Jakie jest ryzyko wystąpienia awarii zasilania w Polsce?

Niestety, taki scenariusz jest jak najbardziej możliwy, ponieważ większość posiadanej przez nas infrastruktury do przesyłu energii jest stara. Zazwyczaj przewidywany okres działania elektrowni i linii przesyłowych to 50 lat, ale np. Kraków jest otoczony liniami 220 kilowoltów, które były budowane w czasie, gdy powstała Huta im. Lenina – czyli na początku lat 50. XX w. Można powiedzieć, że spora część polskich elektrowni jest już w wieku emerytalnym. Jeśli dojdzie do jednej awarii, to jesteśmy jednak w stanie utrzymać system – sytuację taką określa się terminem „stabilność N-1”. Ale jeśli dojdzie do serii awarii, to będziemy mieli naprawdę poważny problem.

W takim przypadku narażone jest bezpieczeństwo narodowe, ponieważ możemy zostać niemalże całkowicie sparaliżowani.

Dokładnie. Dobrym przykładem są amerykańskie naloty na Serbię, w trakcie których bombardowano m.in. rozdzielnie prądu. Efektem tego było załamanie się praktycznie całego systemu energetycznego tego kraju. Okazało się więc, że wystarczy odciąć parę rozdzielni i państwo ląduje na kolanach. Przyzwyczailiśmy się już do sytuacji, że bez energii elektrycznej nie jesteśmy w stanie nic zrobić. Na przykład jeszcze parę lat temu piece kaflowe były w powszechnym użyciu. Można było w nich napalić i nagrzać pomieszczenie. Obecnie mamy nowoczesne układy grzewcze, które nie działają bez prądu elektrycznego. W tej chwili blackout to nie jest tylko brak światła, ale o wiele szerszy problem. Bez prądu nie będziemy mieli przecież ani ogrzewania, ani wody w kranach, która pompowana jest przez wysokoenergetyczne pompy. A to tylko przykłady.

Czy w Polsce mieliśmy już do czynienia z blackoutem?

Z wielkim blackoutem, obejmującym cały kraj, na szczęście nie. Taki problem wystąpił jednak w Gdyni, gdzie nastąpiła awaria linii przesyłowej 400 kilowoltów. Wtedy wystąpiło lokalne zaciemnienie.

W przypadku blackoutu w całym kraju należy spodziewać się, że system energetyczny zostaje podzielony na wyspy albo całkowicie wyłączony. W przypadku podziału na wyspy, czyli fragmenty, gdzie generowana i odbierana jest energia elektryczna, może być trudno utrzymać stabilną pracę tych wysp. Problem polega na tym, że zazwyczaj po podziale systemu w jednej grupie wysp będzie występowała nadprodukcja energii, a w drugiej grupie przewagę będzie miał popyt.

W przypadku rozpadu systemu elektroenergetycznego trzeba będzie przeprowadzić jego „odbudowę”, korzystając z elektrowni wodnych, które mogą zastartować bez zasilania z zewnątrz. I takie scenariusze są przewidywane.

Kto jest najbardziej zagrożony blackoutem?

To jest ciekawy problem. Jeśli jako odbiorcy indywidualni podpisujemy umowę z dostawcą, to możemy spodziewać się przerwy w dostawie, która może być zgodna z normą jakości energii. Teoretycznie, dla indywidualnego odbiorcy, możliwy jest 8-godzinny (tygodniowo) blackout, który będzie mieścił się w normach jakości energii.

Większy problem jest w przemyśle, ponieważ zachodzi w nim więcej procesów wymagających ciągłego lub rezerwowanego zasilania. Takimi zakładami są rafinerie, huty stali, ale także lokalne galerie handlowe. Gdyby blackout pojawił się w sobotę i uniemożliwił handel, to straty dla znajdujących się w nich sklepów byłyby ogromne. Wszystko zatem zależy od specyfiki i potrzeb odbiorców.

W jaki sposób zabezpieczać się przed blackoutem?

Jeśli mamy np. ważny system komputerowy, to warto zaopatrzyć się w zasilacz typu UPS, który w przypadku spadku lub braku napięcia pozwoli na bezpieczne zamknięcie systemu bez groźby utraty danych. Także w szpitalach stosuje się bardzo dużo UPS-ów. Chociażby w sali operacyjnej, gdzie lampy bezcieniowe mają własne zasilacze. Oprócz tego cała sala jest zasilania przynajmniej z dwóch niezależnych UPS-ów. Dotyczy to również specjalistycznych urządzeń podtrzymania życia, takich jak sztuczne płuco-serce czy inkubatory dla wcześniaków.

A czy połączenia transgraniczne są dobrym sposobem na zabezpieczenie się w takiej sytuacji?

Owszem, mogą być. Pojawia się jednak pytanie o ich przepustowość. W tej chwili mamy dwa połączenia z Niemcami, jedno ze Słowacją i z Czechami oraz nowo zbudowane połączenie z Litwą.

Jak inne kraje zabezpieczają się przed blackoutem?

Ciekawym przykładem jest Dania, dysponująca ogromną ilością energii odnawialnej pochodzącej z farm wiatrowych. Na początku elektrownie te były niewielkie. W tej chwili moc pojedynczych duńskich elektrowni wiatrowych przekracza 300 megawatów. Jeżeli w trakcie pracy takiej farmy wiatrowej dopuszczalna prędkość wiatru zostaje przekroczona, farma zostaje zatrzymana, powodując deficyt energii. Trzeba pamiętać, że Dania jest niewielkim krajem, z niedużą bazą przemysłu ciężkiego. Kraj ten łączy most energetyczny z półwyspem skandynawskim i z elektrowniami wodnymi w Norwegii (elektrownie te można włączyć w ciągu paru minut). Dodatkowym zabezpieczeniem jest połączenie z Niemcami, których system energetyczny jest dużo większy niż duński.

W takim razie może lepszym rozwiązaniem byłyby elektrownie atomowe?

Elektrownie atomowe są stosowane jako podstawowe źródło energii. Pracują ze stałą mocą – także po spadku zapotrzebowania na energię, który następuje w nocy. Podobnie jest z dużymi elektrowniami węglowymi. Należy przy tym pamiętać, że ze względu na charakterystykę kotła nie mogą one pracować ze zbyt małym obciążeniem. Problem pojawia się w nocy, gdy podaż przewyższa popyt. Dlatego w systemie elektroenergetycznym Polski należałoby zbudować następne elektrownie szczytowo-pompowe. Niestety, mamy jednak zbyt mało lokalizacji nadających się pod ich budowę. Alternatywą wydaje się też budowa szeregu elektrowni gazowych, które – w przeciwieństwie do elektrowni węglowych – można uruchomić w stosunkowo krótkim czasie.

Dlaczego groźba przerw w dostawach energii pojawia się głównie w lecie?

W ostatnich latach opady w Polsce były bardzo małe, co skutkowało niskim stanem rzek. Każda elektrownia węglowa potrzebuje dużych ilości wody. Obecnie mamy bardzo ciepłe lata i suche zimy, co wpływa negatywnie na poziom wód. W elektrowniach węglowych, jak i w elektrowniach atomowych wodę należy traktować jako jeden z niezbędnych do ich działania surowców – stąd lokalizacje tych elektrowni. Co więcej, w lecie należy spodziewać się zwiększenia zapotrzebowania na energię ze względu na masowe użycie energochłonnych klimatyzatorów oraz ocieplanie się klimatu.

Jak ewentualny blackout w Polsce mógłby wpłynąć na sąsiadujące z nami państwa?

Rozległa awaria typu blackout zawsze ma wpływ na okoliczne kraje. I jest to naturalne. Jeżeli np. w Elektrowni Dolna Odra w Nowym Czarnowie, która jest połączona liniami energetycznymi z Niemcami, dojdzie do nagłej awarii, to za sprawą tego połączenia automatycznie nastąpi samoczynny napływ energii z Niemiec. W sytuacji groźnej dla sąsiadującego państwa zawsze jest możliwe wyłączenie połączeń transgranicznych.

W tej chwili my mamy podobny problem, ale w odwrotnym kierunku. Jeżeli w Niemczech panują dobre warunki wietrzne (zwłaszcza w nocy), to wtedy północne Niemcy są producentem energii. Część tej energii jest automatycznie transmitowana przez polski system elektroenergetyczny do Czech, blokując część możliwości przesyłowych.   

Czy Polska powinna produkować więcej prądu?

Naszym największym problemem jest stara infrastruktura. Oznacza to, że możemy spodziewać się jej awarii i np. blackoutu. Ale to jest tylko wierzchołek góry lodowej. Obecne technologie spalania węgla zmieniły się i sprawność dzisiejszych elektrowni węglowych na świecie jest większa niż starych polskich elektrowni. Oznacza to większą ilość energii elektrycznej otrzymywanej z tony węgla oraz oczywiście niższą emisję na jednostkę wyprodukowanej energii.

Wydaje się, że obecnie Polska posiada wystarczającą ilość mocy zainstalowanej. Dziwi jednakże realna niska dyspozycyjność tej mocy, widoczna w komunikatach PSE.

*PROF. JERZY SZCZEPANIK – w 1995 r. otrzymał tytuł magistra nauk elektrotechnicznych na australijskim Uniwersytecie Monash. Równocześnie pracował wraz z dystrybutorami energii nad pomiarami jakości energii w dużych budynkach komercyjnych. W 2000 r. otrzymał tytuł doktora nauk technicznych na AGH. Po powrocie do Polski zajął się budową układów pomiarowych oraz wielokanałowych układów monitoringu m.in. w Elektrowni Połaniec. Równocześnie rozpoczął pracę na Politechnice Krakowskiej.