Nagli skok solarne energije u Evropi gura mreže do granica izdržljivosti

Kad je pre desetak godina uveden sistem ranog upozorenja koji operaterima širom Evrope javlja poremećaje u elektroenergetskoj mreži, na ekranima je uglavnom prevladavala zelena boja. Sigurno, bez prekida.

Danas su te mape sve češće obojene u žuto, crveno, a ponekad čak i crno, boju potpunog nestanka struje. Taj uobičajeni "semafor" u realnom vremenu pokazuje kako se uspeh solarne energije, s oko četiri nova panela koji se instaliraju negde u Evropi svake sekunde, sudara s ograničenjima mreže izgrađene u vreme kad obnovljivi izvori još nisu bili u središtu proizvodnje električne energije.

Situacija postaje sve teža za upravljanje, a operateri upozoravaju da nemaju alate potrebne za uravnoteženje učinaka solarne energije, pokazuju razgovori s nekoliko evropskih rukovodilaca mreža. Pogrešan potez ili kašnjenje u reakciji mogu imati ozbiljne posljedice - od gašenja svetla do potpunih nestanaka struje.

"Brzina promena je neverovatna", kaže Jan Vorrink, koji je više od deset godina vodio kontrolnu sobu holandske mreže. "Naglo širenje solarne energije gura sistem do njegovih granica."

Solarne elektrane niču brže nego što je i sama industrija očekivala. Prema podacima BloombergNEF-a, Evropa je 2020. godine instalirala 23 gigavata solarne energije. Od tada se svake godine postavlja novi rekord, a ove se očekuje dodatnih 69,2 gigavata - što znači da se kapacitet u poslednjoj deceniji više nego učetvorostručio.

Do kraja decenije, solarna energija trebalo bi da postane najveći zeleni izvor energije na svetu, procenjuje Međunarodna agencija za energiju (IEA). Promena je posebno izražena u Evropi, gde su zemlje ubrzale izgradnju solarnih postrojenja kako bi se rešile skupog uvoza prirodnog gasa i ispunile obećanje sa COP28 konferencije o utrostručenju globalnih kapaciteta obnovljivih izvora do 2030. godine - što je ključno za postizanje cilja Pariskog sporazuma o ograničavanju zagrevanja na 1,5 °C.

Procenjuje se da će evropske zemlje do kraja decenije dodati 265 gigavata novih kapaciteta | Bloomberg

Vorrink danas radi na osmišljavanju kontrolne sobe prilagođene budućnosti, ali godinama je bio u prvim redovima u kompaniji Tennet Holding BV. Kada je 2009. bio na mestu rukovodioca, kontrolna soba bila je mirno i tiho radno okruženje. Alarm se retko oglašavao - ako uopšte. Danas se, kaže, aktivira često, kad napon poraste i mreža se preoptereti. Celi sistem rastegnut je gotovo do krajnjih granica.

"Još možemo držati sve pod kontrolom, ali nije lako", kaže Vorrink.

Pitanje koje sada stoji pred Evropom jeste može li dovoljno brzo modernizovati svoju mrežu da spreči novi veliki blekaut. Haotičan prelaz išao bi naruku političkim strujama širodm sveta koje tvrde da će cilj klimatske neutralnosti uništiti preduzeća i dodatno poskupeti energiju.

Neuredan prelaz

Popularnost solarne energije naglo je porasla kako su cene panela dramatično pale. Masovna proizvodnja snizila je troškove za oko 99 odsto od 1970-ih, pokazuje istraživanje MIT-ja objavljeno prošlog meseca.

Zbog niske cene ugradnje, solarna energija postala je dostupna svima - od domaćinstava koja žele postaviti nekoliko panela na krov, do velikih solarnih farmi koje se prostiru na stotinama hektara. Ali taj kumulativni učinak znači da mreža ne može ublažiti posledice visokog napona kada se pojavljuju u tako velikim razmerama. U junu je solarna energija prvi put postala najveći izvor električne energije u Evropskoj uniji (EU), uz rast od 22 odsto u odnosu na godinu ranije, prema podacima tink-tenka Ember.

"Ako samo nekoliko kuća u susedstvu ima solarne panele, sistem to može podneti, ali kad ih imaju gotovo svi - upravljanje postaje dosta teže", kaže Vorrink iz Tenneta.

Blekaut u Španiji i Portugaliji, više od 50 milijuna ljudi ostalo bez struje posle lančanih isključenja | Bloomberg

Krhkost evropske elektroenergetske mreže ponovno je došla u centar pažnje početkom meseca, kada je španski operater mreže zatražio hitne mere za kontrolu naglih porasta napona. Kompanija Red Eléctrica saopštila je da je skokove napona uočila u periodima niske potrošnje i visoke proizvodnje solarne energije, upozorivši da bi to moglo izazvati lančane isključenosti - slične onima koje su ove godine prouzrokovale najveći nestanak struje u Evropi u poslednjih nekoliko decenija. Taj prekid u snabdevanju je zahvatio više od 50 miliona ljudi u Španiji i Portugaliji i jasno pokazao šta je u igri.

Usledile su brze optužbe na račun solarne energije. Prema dosad dostupnim podacima, iznenadno isključenje velikog broja solarnih postrojenja doista je doprinelo porastu napona u mreži, što je na kraju dovelo do kolapsa sistema. A problem i dalje nije rešen.

 

Napon je električni pritisak koji tera elektrone iz elektrana kroz mrežu prema potrošačima. Mreže se moraju održavati stabilnima, a ako napon počne odstupati od granica koje je postavila kontrolna soba, alarmi se oglašavaju kao znak da negde postoji kvar.

Nije reč samo o Španiji, skokovi napona sve su češći širom Evrope zbog naglog širenja proizvodnje iz obnovljivih izvora. Tokom 2024. zabeležen je rekord od 8.645 slučajeva u kojima je napon premašio dopuštene evropske granice. To je rast od više od 2.000 odsto u odnosu na 2015. godinu, kada su evidentirane samo 34 takve dojave, pokazuju podaci Evropske mreže operatora prenosnih sistema za električnu energiju (Entso-e). Drugim rečima, danas se alarmi javljaju gotovo svakog sata, dok ih je pre deset godina bilo manje od tri mesečno.

Solarni paneli niču rekordnom brzinom - u Evropi se svakih nekoliko sekundi instaliraju četiri nova | Bloomberg

Kada dođe do porasta napona, drugi uređaji priključeni na mrežu, uključujući elektrane, mogu se automatski isključiti kako bi se zaštitili od oštećenja. Ali to dodatno povećava napon. U najgorem scenariju taj se ciklus nastavlja dok cela mreža ne kolabira, kao što se dogodilo u Španiji.

Decenijama je niski napon bio češći problem, pa su operateri razvili alate za njegovo upravljanje. Solarna energija sada je sve to preokrenula.

Operatori mreža počeli su da reaguju. Nemačka je početkom ove godine donela zakon kojim pokušava da obeshrabri solarne farme da proizvode više energije nego što potrošači mogu iskoristiti. Italija je počela kupovati novu opremu koja stabilizuje mrežu na način na koji su to nekad činile elektrane na fosilna goriva. Nakon izveštaja o Španiji, panevropska organizacija Entso-e pozvala je na izmene propisa koje bi obavezale proizvođače iz obnovljivih izvora da aktivno pomažu u održavanju napona pod kontrolom.

Tržišni poremećaji

Navala solarne energije uzrokuje poremećaje i izvan problema s naponom. Sve je češće da veleprodajne cene električne energije padnu ispod nule. Budući da solarne i vetroelektrane nemaju trošak goriva, operateri nemaju velik podsticaj za isključivanje kada cene padnu. Kad je potražnja niska, a ponuda iz obnovljivih izvora visoka, cene mogu postati negativne.

Nemačka, najveće evropsko tržište električne energije, ima i najveći broj solarnih i vetroelektrana u regionu, a s njima i sve više negativnih cena. Godine 2019. oko dva odsto satnih ugovora o snabdevanju električnom energijom trgovalo se ispod nule, dok je prošle godine taj udeo više nego udvostručen, na 5,2 odsto.

Negativne cene postale su češće tokom cele godine | Bloomberg

Na prvi pogled, investicijska slika ne izgleda ohrabrujuće. Solarne elektrane koje prodaju struju direktno na tržištu moraju plaćati kad nastave proizvodnju u periodima negativnih cena. Čak i projekti s zajamčenim ugovorima suočavaju se sa sve manjim prinosima jer potražnja stalno opada. Ipak, investitore to ne zaustavlja - trend koji je operatere mreža zatekao nespremne, kaže Stefan Kapferer, izvršni direktor tvrtke 50Hertz Transmission GmbH, koja upravlja mrežom u severoistočnoj Nemačkoj.

"Sličnu tendenciju vidimo širom Evrope: ogromna ulaganja u solarne kapacitete, dok potražnja stagnira", kaže Kapferer iz 50Hertza. "To jednostavno nema smisla".

Prošlog proleća, prema rečima Kapferera, poljski su operatori elektroenergetske mreže hitno kontaktirali sa svojim kolegama u Nemačkoj. Očekivalo se da će velika količina solarne energije preopteretiti poljski elektroenergetski sistem, pa su predstavnici vlasti zamolili Nemačku da preuzme što više viškova kako bi se sprečio nestanak struje.

Ista se situacija, kaže Kapferer, ponovila i nekih vikenda tokom 2024. godine. Svaki put višak energije je uspešno preusmeren, bez da su domaćinstva to osetila, ali Kapferer upozorava da bi uskoro mogle biti potrebne drastičnije mere poput kontrolisanih isključenja struje.

"Moglo bi se dogoditi da privremeno moramo isključiti snabdevanje električnom energijom u pojedinim četvrtima", rekao je. "To se sada ne događa i radimo sve da tako i ostane, ali ako se razvoj nastavi ovim tempom kao poslednjih godina, rizik postaje sve veći".

Oprema poput transformatora, koji menjaju napon i čine električnu energiju sigurnom za korišćenje, ključna je za funkcionisanje mreže, ali ju je teško zameniti. Ako se preoptereti prevelikom količinom energije, transformator može otkazati, a rok isporuke novog traje i do pet godina. U takvim slučajevima često je bolje privremeno isključiti deo mreže nego rizikovati trajno oštećenje opreme.

"Mnogo je jednostavnije isključiti potrošača na sat, dva, tri ili četiri kako bi se zaštitila oprema, nego dopustiti da se oprema ošteti i potom ostaviti potrošača bez struje mesecima", objašnjava Konrad Purchala, potpredsednik zadužen za razvoj sistema u poljskom operatoru PSE.

Evropska elektroenergetska mreža rastegnuta je do krajnjih granica pod pritiskom obnovljivih izvora | Bloomberg

Delovi koji čine razliku

Postoji specijalizovana oprema koja može pomoći. Sinhroni kompenzator, na primer, sadrži velike metalne cilindre s rotorima koji se vrte 1.500 puta u minuti i pomažu stabilizaciji mreže.

Solarni paneli i baterije oslanjaju se na uređaj zvan inverter, koji pretvara istosmernu struju u naizmeničnu za kućnu upotrebu. Inverteri mogu i prilagođavati, te optimizovati nivoe napona. Jedno od mogućih rešenja za današnju nestabilnost mreže jeste prilagoditi postojeće postavke invertera tako da solarne elektrane reaguju na nagli porast napona umesto da se, kao što je sada često slučaj, automatski isključe.

Iako bi naknadna modernizacija starijih sistema mogla biti složena, novi solarni i baterijski projekti mogu se odmah opremiti pametnijim postavkama invertera koje pomažu stabilizaciju mrežnog napona. Jasno je da će za upravljanje ovim rastućim problemom biti potrebno doneti nova pravila.

"Treba nam proizvodnja koja ima mogućnost kontrole napona - bilo iz konvencionalnih, bilo iz obnovljivih izvora", rekao je početkom meseca Damian Cortinas, predsednik upravnog odbora Entso-ea, prilikom predstavljanja izveštaja o španskom blekautu. "Zalagaćemo se jasno za promene u regulativi".

U junu je solarna energija prvi put postala najveći izvor električne energije u EU | Bloomberg

Elektroenergetske mreže regulisane su kroz petogodišnje investicijske cikluse. To znači da se njihov razvoj odvija znatno sporije od ulaganja privatnog kapitala u solarne i vetroelektrane. Dogovor oko novih pravila takođe zahteva vreme.

"To su dugoročne mere i neće imati trenutni učinak", kaže Olivier Arrivé, kopredsedavajući odbora za upravljanje sistemima u Entso-eu i član stručnog tima koji istražuje španski blekaut.

Neke zemlje u Evropi već imaju sinhrone kompenzatore, ali kako udeo obnovljivih izvora raste, trebaće ih još više. Španija na dan blekauta nije imala nijedan u pogonu na kopnu - da jeste, nestanak struje verovatno se mogao izbeći.

Trošak osiguravanja dodatne stabilnosti na kraju će, naravno, snositi potrošači. Sinhroni kompenzator u Liverpoolu, koji je izgradio norveški Statkraft, koštao je 25 miliona funti i ima ugovor s upravljačem mreže. To je primer kako bi se takva oprema mogla koristiti i finansirati i u drugim evropskim zemljama.

Situacija se pogoršava

Solarna energija beleži nagli rast širom sveta, a posebno snažan zamah ima u Evropi. U Španiji je, na primer, prošle godine činila oko 21 odsto ukupne proizvodnje električne energije, u poređenju s manje od šest odsto pre samo pet godina. Kina je prošle godine iz solarnih elektrana dobila oko osam odsto električne energije, dok je udeo u SAD bio manji od sedam odsto.

Kina i SAD dodale su najviše novih kapaciteta, ali su obe zemlje istovremeno doživele i rast potražnje za električnom energijom zbog data centara i privrednog rasta. U EU pak nagli rast cena prirodnog gasa koji je započeo 2021. godine doprineo je padu potražnje za više od pet odsto ispod nivoa pre pandemije, pokazuju podaci briselskog tink-tenka Ember, specijalizovanog za energetiku i klimatsku politiku.

Rast novih solarnih kapaciteta nadmašuje rast potražnje za električnom energijom | Bloomberg

A još više obnovljivih izvora tek dolazi. Evropska komisija predložila je cilj smanjenja gasova sa efektom staklene bašte za 90 odsto do 2040. godine. Da bi se taj cilj uopšte približno ostvario, EU će se morati umnogome osloniti na brzo širenje vetroelektrana i solarnih kapaciteta.

Kako se u sistem uključuje sve više obnovljivih izvora, biće nužna i veća ulaganja u načine sigurne stabilizacije mreže, kaže Mehdi Ghazavi Dozein, predavač na području elektroenergetskih sistema na Univerzitetu Monash u Melburnu.

"Svi govore o 100 odsto obnovljivih izvora i doći ćemo do te tačke, ali moramo biti svesni rizika i planirati unapred", ističe Ghazavi Dozein. "Španija sigurno neće biti poslednja zemlja koju će pogoditi blekaut".