Ukraina wyrwała wtyczkę z rosyjskiego gniazdka

O północy 24 lutego ukraiński operator sieci elektroenergetycznej odłączył ją od rosyjskiej, której była częścią. To planowane od dawna wydarzenie miało być 72-godzinną próbą dowodzącą, że Ukraina może działać na własną rękę. Test był konieczny przed ostatecznym połączeniem z siecią europejską, nad którym Ukraina pracowała od 2017 r. Ale cztery godziny po jego rozpoczęciu Rosja dokonała inwazji.

Połączenie Ukrainy z Europą miało nastąpić dopiero w 2023 r., ale w tym momencie stało się nagle rzeczą pilną. Inżynierowie postanowili bezpiecznie osiągnąć ten cel jak najszybciej. Udało im się – zsynchronizowanie obu systemów nastąpiło 16 marca.

„Pracę, która w normalnych warunkach trwałaby dwa lata, wykonana została w ciągu dwóch tygodni” – brzmi oświadczenie Kadriego Simsona, komisarza Unii Europejskiej ds. energii. To niezwykłe w tej dziedzinie. „Tak szybkie i sprawne działanie [operatorów sieci energetycznych] jest bezprecedensowe – pokreśla Paul Deane, badacz polityki energetycznej z University College Cork w Irlandii. – Żaden system zasilania nigdy wcześniej nie zsynchronizował się tak szybko”.

Ukraińska choroba sieroca

Ukraina zainicjowała proces przyłączania się do europejskiej sieci w 2005 r., a poważne przygotowania rozpoczęła w 2017 r. (podobnie jak Mołdawia). Był to element nieustających wysiłków na rzecz zbliżenia się do Europy i ograniczenia zależności od Rosji, która wielokrotnie zagrażała suwerenności tego kraju. „Ukraina po prostu chciała odłączyć się od rosyjskiej dominacji w każdym tego słowa znaczeniu, a sieć jest tego częścią” – mówi Suriya Jayanti, ekspertka ds. polityki w Europie Wschodniej i była dyplomatka USA, która pełniła funkcję szefowej ds. energii w ambasadzie USA w Kijowie w latach 2018–2020.

Po próbie zaplanowanej na koniec lutego ukraiński operator sieci Ukrenergo zamierzał tymczasowo przyłączyć się ponownie do systemu obejmującego Rosję i Białoruś. Ale inwazja rosyjska to uniemożliwiła. „Ukraina została odizolowana, co było niezwykle niebezpieczne z punktu widzenia dostaw energii – mówi Jayanti. – Oznaczało to, że kraj nie ma skąd importować energii elektrycznej. Został sierotą”.

Sytuacja była szczególnie niebezpieczna w obliczu rosyjskich ataków na najważniejsze elementy infrastruktury energetycznej, takie jak elektrownia atomowa w Zaporożu. Według Jayanti, ukraińska sieć energetyczna była w stanie działać samodzielnie zaskakująco długo, bo zapotrzebowanie na energię spadło o ok. 1/3, gdy wielu obywateli opuściło kraj.

Imperatyw prądu w gniazdku

Trzy dni po inwazji, Ukrenergo wysłało pismo do Europejskiej Sieci Operatorów Elektroenergetycznych Systemów Przesyłowych (ENTSO-E) z prośbą o zezwolenie na wcześniejsze podłączenie do sieci europejskiej. Mołdawski operator Moldelectrica złożył taki wniosek następnego dnia.

Europejscy partnerzy chcieli wesprzeć Ukrainę, ale musieli chronić własne sieci, więc przyłączenie musiało zostać wykonane bardzo ostrożnie. „Operatorzy zakładów użyteczności publicznej i systemów unikają ryzyka jak ognia, ponieważ ich zadaniem jest zapewnienie prądu w gniazdkach, żeby wszyscy byli bezpieczni” – mówi Laura Mehigan, badaczka energii z University College Cork.

Sieć elektryczna to system źródeł energii i infrastruktury przesyłowej dostarczającej ją z elektrowni, farm wiatrowych i słonecznych do domów, szpitali i systemów transportu publicznego. „Nie można ot tak z nim eksperymentować i mieć nadzieję, że wszystko zadziała jak należy” – stwierdza Deane. Dostarczenie energii tam, gdzie jest to potrzebne i wtedy, kiedy jest to potrzebne, jest skomplikowanym procesem i nie ma w nim miejsca na błędy.

Rytm serca sieci elektrycznej

Kluczowe dla tej misji jest połączenie z siecią. Scalone systemy mogą dzielić się energią elektryczną na rozległych obszarach, dzięki czemu nadwyżka wytworzona w jednym miejscu zaspokaja zapotrzebowanie w innym. „Więcej połączeń międzysystemowych oznacza, że ​​możemy przesyłać energię szybciej, wydajniej i taniej oraz korzystać z niskoemisyjnych lub bezemisyjnych źródeł energii” – mówi James Glynn, ekspert z Center on Global Energy Policy w Columbia University. Ale połączenie tych ogromnych skoplikowanych sieci to niemała sprawa.

Jednym z głównych wyzwań jest synchronizacja – niezbędna do współdzielenia energii elektrycznej. Polega ona na wyrównaniu w połączonych sieciach częstotliwości każdego elementu systemu. Ukrenergo, Moldelectrica i ENTSO-E osiągnęły ją w ubiegłym tygodniu.

Częstotliwość jest jak rytm serca sieci elektrycznej. W całej Europie turbiny wytwarzające energię obracają się 50 razy na sekundę, w niemal doskonałej harmonii. Aby Ukraina i Mołdawia mogły do niej dołączyć, ich systemy musiały być dostosowane do tego właśnie rytmu. „Nie możemy zatrzymać systemów zasilania na godzinę, a potem próbować ich zsynchronizować – mówi Deane. – Należy to zrobić, gdy system działa”. To jak wskakiwanie do jadącego pociągu: lepiej wskoczyć bezbłędnie.

Zbawienny moment obrotowy

Ryzyko istnieje nawet teraz, gdy Ukraina jest już na pokładzie. Połączone sieci nie tylko dają wspólne korzyści; stwarzają również ewentualność wspólnych problemów. Usterka w jednej części sieci, taka jak awaria elektrowni, może spowodować lawinową zmianę częstotliwości gdzie indziej.

„Kiedy połączysz dwa systemy, pojawia się wyzwanie utrzymania stabilności i niezawodności nowej, większej całości” – mówi Ram Rajagopal, starszy pracownik w Precourt Institute for Energy na Stanford University. Brak synchronizacji sieci może uszkodzić podłączone do prądu urządzenia, takie jak laptopy i kuchenki mikrofalowe, a nawet elektrownie.

Ukraińskie instalacje mają jednak jedno zasadnicze zabezpieczenie: moment obrotowy. Gdy ciężkie turbiny, takie jak te stosowane w elektrowniach jądrowych zapewniających znaczną część dostaw energii dla Ukrainy, obracają się z określoną częstotliwością, konieczna jest znaczna, trwała zmiana zasilania, aby zmienić prędkość ich obrotów. Nie mają na nie wpływu niewielkie skoki. Częstotliwość pozostaje stabilna. Ta bezwładność pomaga elektrowniom tłumić niewielkie wahania, bez ich przesyłania do sieci. W przypadku poważnej awarii daje to kilka cennych sekund na uruchomienie systemów reagowania.

Pierwszy krok długiej podróży

Mimo to ENTSO-E, która reprezentuje 35 krajów, miała wiele obaw związanych z włączeniem Ukrainy do swojej sieci. Obawy te dotyczyły nie tylko stabilności, ale także kwestii rynkowych, prawnych, związanych z cyberbezpieczeństwem. To z ich powodu pierwotny harmonogram rozpisany był na sześć lat. Niektórzy eksperci uważali, że i tak były to nadmiernie optymistyczne szacunki.

Ukraina planowała rozwiać obawy ENTSO-E w tym roku. „Jedynym powodem, dla którego mogliśmy sobie ten rok odpuścić jest to, że zrobiono już wiele, aby potwierdzić wszystkie specyfikacje techniczne” – mówi Jayanti.

Zezwolenie na synchronizację w tym miesiącu umożliwia Ukrainie zakup energii, ale kraj nie może jeszcze jej sprzedawać. W tym celu państwo musi zainstalować urządzenia zwane statycznymi kompensatorami synchronicznymi, które zwiększają stabilność zasilania. Może minąć wiele miesięcy, zanim Ukraina będzie mogła je otrzymać – z powodu zerwanych łańcuchów dostaw i przeszkód geopolitycznych. Na razie ENTSO-E przyjęła dodatkowe, tymczasowe zabezpieczenia chroniące europejską sieć.

Eksperci twierdzą, że nawet przy synchronizacji w trybie awaryjnym ważne jest, aby rozsądnie zarządzać oczekiwaniami. „Obecny poziom wzajemnych połączeń jest stosunkowo niewielki – mówi Deane. – Pomoże, ale nie dostarczy energii całemu krajowi, jeśli jej elektrownie ulegną awarii”. Więcej energii elektrycznej z ENTSO-E Ukraina będzie mogła importować dopiero za jakiś czas.

Pełna integracja z europejską siecią potrwa prawdopodobnie odbudowy Ukrainy. „Zrobiliśmy pierwszy krok w długiej podróży, która tak naprawdę polega na zintegrowaniu Ukrainy z szerszym systemem [europejskim] obejmującym większą liczbę odnawialnych źródeł energii i dzielenie się zasobami” – mówi Deane i dodaje, że to „nie ruszy z miejsca, dopóki w regionie nie zapanuje pokój. To po prostu zbyt niebezpieczne”.

Tekst ukazał się 23 marca 2022 r. na łamach sciam.com.
Oryginalny tytuł: „How Ukraine Unplugged from Russia and Joined Europe’s Power Grid with Unprecedented Speed”.
Tytuł, lead i śródtytuły pochodzą od redakcji pulsara.