Jak probíhal španělský blackout 28. dubna? Díl I.: přepětí a vliv OZE

Oficiální zprávy ke španělskému výpadku:

• „Informe no confidencial del Comité de análisis 28-A“ od Vládní komise pro analýzu příčin elektrické krize z 28. dubna 2025 (dále komise A28)
• „Incidente en el Sistema Eléctrico Peninsular Español el 28 de abril de 2025“ od Národního provozovatele přenosové soustavy Red Eléctrica de España (dále operátor sítě nebo REE)

Blackout jedním odstavcem:

Hlavní jiskrou, která zažehla pád celé sítě, byla porucha a kolísání výkonu jedné fotovoltaické elektrárny v čase 12:03. Tato jiskra by ale sama o sobě nestačila, kdyby dopadla do „mokré louky“, tedy klidné a stabilní sítě. Místo toho však porucha přišla do sítě, která vlivem mnoha faktorů stála na hraně své stability. Tyto okolnosti způsobily, že jiskra dopadla do řádně třaskavé směsi. A i když nástroje k zastavení blackoutu nebo posílení sítě byly fyzicky k dispozici, jejich nasazení znemožňovala řada pravidel.

Nejprve si vysvětlíme kontext a na jeho základě pak rozebereme časovou osu 28. 4.

Článek má tři části:

1. Přepětí a role španělských OZE
2. Málo tepelných elektráren a jejich limity
3. Kolísání sítě a průběh blackoutu

Přepětí a jeho omezování

Španělská síť byla 28. 4. náchylná na přepětí. Jeho generátorem bylo málo zatížené vedení, protože byla nízká spotřeba. Jedná se o přirozený jev, který se musí aktivně tlumit. Obnovitelné zdroje, a zejména ty španělské, umí přepětí tlumit v menší míře než zdroje tepelné. A zdrojů tepelných bylo jednak v síti málo a jednak ani ony nedělaly, co mohly.

Pojďme si to postupně rozebrat.

Nízká zátěž sítě a vznik přepětí

Spotřeba elektřiny byla ve Španělsku 28. 4. velmi nízká. A když je nízká spotřeba, ale vedení je pod napětím, tak jím prochází málo činného výkonu – proudu. Za takových okolností ve vedení vzniká jalový výkon. Ten je tím větší, čím je drát delší. A rostoucí jalový výkon pak v tomto drátu zvyšuje napětí. Říká se tomu Ferrantiho jev.

Stručně řečeno – velmi dlouhé vedení pod napětím, ale bez zátěže, vytváří jalový výkon.

Máme tedy dlouhé málo zatížené vedení a vlivem toho samo od sebe vzniká přepětí. Zprávy REE a A28 hovoří o „kapacitní funkci nezatíženého vedení“. Tento stav jde řešit několika způsoby:

• Zvýšení spotřeby – spotřebiče jednak samy o sobě odeberou část Q. A jednak vyšší spotřeba způsobí, že vedením bude proudit vyšší činný výkon, což přirozeně omezí výkon jalový. Spotřeba ale byla v tento den nízká, takže jediné, co měl operátor sítě k dispozici, bylo čerpání přečerpávacích elektráren, které jelo na plný výkon. Tento bod mj. ukazuje jeden z mnoha důvodů, proč je dobré učit se pracovat s flexibilitou.
• Zkrácení vedení – když je vedení málo zatížené, lze některé jeho části odpojit a tím dráty, které jsou pod napětím zkrátit. S kratší celkovou délkou vedení se sníží i generovaný jalový výkon. Proto REE vedení zkrátil a hned po ránu odpojil několik vnitrostátních linek. Tím tvorbu přepětí omezil, ale kvůli tlumení oscilací během dne je postupně všechny zase připojil zpátky. Tím se napětí zvýšilo.
• Zapojit zařízení na regulaci přepětí – sem patří tlumivky, STATCOMy, synchronní kondenzátory nebo baterie. Španělé ale zatím mají ve větší míře k dispozici jen tlumivky. Ty REE využíval velmi intenzivně, ale samy o sobě nestačily.
• Regulovat jalový výkon pomocí zdrojů – zdroje tvoří hlavní páku, kterou REE využívá při regulaci jalového výkonu. Tepelné zdroje s generátorem umí regulovat dodávku Q ve velkém množství, měniče obnovitelných zdrojů o něco méně a těch španělských ještě méně.

(Mimochodem, tyto mechanismy ukazují na složitost rozhodování operátora sítě a jeho dilemata. Když například přiškrtí výkon zdrojů, budou sice dodávat do sítě menší výkon a napětí klesne, ale méně zatížená síť zase začne sama od sebe vytvářet jalový výkon a napětí stoupne. Řízení sítě je tedy velmi náročné a citlivé.)

Co mohou dělat OZE pro snížení přepětí?

Měniče solárních a větrných elektráren umí regulovat jalový výkon velmi rychle, ale v menším rozsahu než zdroje klasické. Když tedy bylo 28. 4. v síti více obnovitelných než konvenčních zdrojů, dostupná regulace jalového výkonu, a tedy i přepětí byla menší, než kdyby byl poměr opačný.

Ani to by nebyl problém. Omezenou schopnost OZE regulovat Q (a tím i napětí) kompenzuje skutečnost, že jich je hodně – desítky gigawattů. Pak může být jejich přínos při řízení napětí zásadní. Ale musí se to po obnovitelných zdrojích vyžadovat, a to Španělé nedělali.

Proč španělská fotovoltaika a vítr snižovaly přepětí méně, než by technicky mohly

Měniče solárních a větrných elektráren mohou mít různé funkce regulace jalového výkonu. Mohou ho upravovat různým způsobem a podle různých proměnných.

Zároveň platí, že čím novější střídač, tím více funkcí umí. Měniče instalované od roku 2019, kdy začala fotovoltaika ve Španělsku výrazně přibývat, už by měly tuto funkci umět všechny, mj. to vyžadují i pravidla EU (RfG NC).

Španělská legislativa (konkrétně Real Decreto 413/2014) ale obnovitelným zdrojům přidělila jen omezenou funkci regulace jalového výkonu:

• Vyžadovala, aby tamní solární a větrné elektrárny držely pevné rozmezí účiníku cos φ +− 0,98. Jedná se tedy o statickou funkci, kdy měnič nemá reagovat na napětí.
• Tento účiník navíc OZE nemusí držet v každý okamžik, ale stačí, když tato hodnota vyjde v hodinovém průměru.

Jinak řečeno, španělská fotovoltaika měla vyhláškou z roku 2014 dané základní (IT technici by řekli „defaultní“) instrukce „o napětí v síti se nestarej, na to tady máme velké tepelné zdroje. Účiník drž v úzké mezi a víc neřeš“.

Tyto instrukce mohl dále zpřesnit španělský „kodex přenosové soustavy“ Procedimiento de Operación (P.O.) 7.4. Jeho novela, která měničům tuto funkci opravdu ukládala, procházela schvalovacím procesem od roku 2020 a schválena byla až po blackoutu, kdy dostala prioritu. (Jestli vám to přijde jako trestuhodné protahování, vzpomeňte si třeba na osmiletou pouť baterií do české legislativy, než byl letos schválen lex OZE 3.)

Proč to tak Španělé měli, se můžeme jen domnívat. Například v ČR, přestože je podíl OZE výrazně nižší než ve Španělsku, musí mít měniče fotovoltaiky a větrníků – i těch domácích – nějakou funkci dynamické regulace jalového výkonu. A nejčastěji je to právě aktivní úprava Q v závislosti na napětí v síti. Větší obnovitelné zdroje s výkonem nad 100 kW navíc nastavují Q podle pokynů dispečinku. České OZE jsou tak plnohodnotným prvkem regulace napětí, ne jen „pasivním pasažérem“.

Shrnuto, fotovoltaika a vítr nemohly Španělské síti s přepětím významně pomoct, i když jejich technika to umožňuje a jinde v Evropě, včetně ČR, to dělá. Dne 28. 4. si tak měniče si odebraly to málo jalového výkonu, co měly zadané, tím jejich role skončila a dále s nimi nešlo počítat.

Na druhou stranu cos φ +− 98 dává sice malý prostor pro regulaci, ale je to aspoň něco. Při výkonu několika GW měly být tamní OZE schopny dodávat nebo odebírat použitelné množství Q. Jenže obě zprávy k 28. 4. udávají, že regulace Q u těchto zdrojů neodpovídala očekávání.

Jak je to možné?

Jednak je to dané povahou funkce „cos φ v pevném rozmezí +− 98“. Na udržení této hodnoty potřebuje střídač určitý výkon.

A výkon části obnovitelných zdrojů byl omezen ze dvou důvodů:

1. záporné ceny – část fotovoltaických elektráren, včetně těch malých (domácí, podnikové), stáhla svůj výkon při záporných cenách. Malé elektrárny přitom operátor sítě nemá pod kontrolou. Dopolední oscilace v síti (propady ve výrobě) by tomuto vlivu nasvědčovaly a obě zprávy obnovitelným zdrojům vyčítají příliš prudké změny napětí (odpojují se moc rychle).
2. zásah operátora – u velkých zdrojů požadavek na činný výkon zadává operátor sítě. A když mu analýza ukáže „výkon v určitých oblastech se dostává k bezpečným limitům“, může přikázat omezení části výroby v zájmu bezpečnosti sítě (energeticky nazváno „redispečink pro zachování pravidla n−1“). Za toto omezení je pak daný výrobce kompenzován. V ČR jsme toto zažili o Velikonocích 2023.

S první částí REE nemohl nic dělat. Druhou část ale ovlivnit mohl a potřeboval. Vybrané fotovoltaické elektrárny proto dostaly během dopoledne pokyn stáhnout výrobu celkem o 579 MWh. Tento krok sice snížil výkon zdrojů na úroveň, kterou síť momentálně na bezpečný provoz potřebovala, ale měl několik nežádoucích účinků:

1. snížení výkonu neumožnilo daným zdrojům poskytovat zadanou funkci držet účiník,
2. odlehčení vedení přispělo opět k nárůstu jalového výkonu.

Dalším faktorem komplikující španělským OZE dodávat pevný rozsah účiníku je konstrukce velkých fotovoltaických elektráren.

Španělské fotovoltaické parky mají výkony stovek MW. Takový výkon obvykle není jediná solární plocha, ale soubor, tzv. klastr několika menších elektráren spojených dohromady jedním vedením. Tyto dráty pak vedou k jedné trafostanici, odkud je teprve vyvedený výkon celého klastru do sítě.

Jenže stovky megawattů fotovoltaiky zabírají velikou plochu. A velká plocha znamená dlouhé kabely. A dlouhé kabely pod napětím, ale s nízkým výkonem vytvářejí jalový výkon.

Takže když se sešla:

• velká fotovoltaika s dlouhými kabely,
• s pevně zadaným rozsahem účiníku,
• a se sníženým výkonem,

nejen, že nezvládla držet účiník v zadaném rozsahu, ale začala do sítě sama dodávat kapacitní jalový výkon.

Ve zprávě A28 i REE konstatují, že 22 % z analyzovaných obnovitelných zdrojů v inkriminovanou chvíli ve 12:30 vlivem sníženého výkonu pracovalo mimo stanovený rozsah účiníku.

Zároveň to ze zprávy vypadá, že REE o této vlastnosti nevěděl.

Stejný prohřešek, tedy „nedržení účiníku ve stanoveném pásmu“, se zjistil i u podobného podílu analyzovaných spotřebitelů (průmyslových podniků, které mohou regulovat Q) nebo u některých trafostanic.

Fotovoltaika, přepětí a noc

S blackoutem to sice přímo nesouvisí, ale je to zajímavé pro budoucnost, kdy budou v síti převládat zdroje dodávající přes měnič.

Řekli jsme si, že když je nízká zátěž, „prázdné“ vedení generuje jalový výkon. A také, že fotovoltaické klastry mají velmi dlouhé vedení. Zároveň víme, že fotovoltaika bez výkonu nezvládne držet pevně zadané rozmezí účiníku. A úplně vypnutá fotovoltaika ho neumí regulovat vůbec, protože střídač neběží.

A kdy je nejnižší zátěž sítě a většina fotovoltaiky je vypnutá? V noci. Každou noc jsou proto vypnuté solární klastry ve Španělsku generátorem čistě jalového výkonu. Jak se to řeší?

Podle zprávy A28 v noci na 28. 4. v oddělené aukci REE vybralo 14 tepelných bloků, jaderných, plynových i uhelných, na statickou regulaci jalového výkonu od 1:00 do 8:00. Takže v noci běželo víc tepelných bloků než přes den – čistě kvůli regulaci jalového výkonu.

V noci je obecně nízká zátěž, takže tato záloha nebyla jen kvůli fotovoltaice. Ale existence vypnutých solárních klastrů si nepochybně každou noc vyžádá běh několika tepelných bloků navíc. Jinak řečeno každou noc se pálí uhlí a plyn kvůli OZE. Provozovatelé klasických elektráren mají jistě radost, ale je to absurdní.

Přitom by to mohlo být přesně naopak a v noci by vypnutá fotovoltaika a větrníky mohly odebírat jalový výkon ze sítě místo tepelných elektráren.

Střídač dodávající 0 kW je totiž perfektní prostředek na absorpci jalového výkonu. Jen musí mít zajištěné své vlastní napájení i v době, kdy panely nevyrábí. Buď z baterie nebo u nejnovějších střídačů ze sítě (pak se mluví o funkci virtual STATCOM nebo u fotovoltaiky „noční STATCOM“).

S touto aktivní funkcí by desítky gigawattů OZE zvládly nejen s přehledem obsloužit kapacitní chování drátů ve svém vlastním klastru, ale i ve velkém odebírat jalový výkon z nezatížené sítě. Uhelných a plynových elektráren by tak byl v noci potřeba jen zlomek a ušetřilo by se obrovské množství paliva i emisí.

V tomto dílu jsme si vysvětlili vznik přepětí a důvody, proč ho španělské OZE tlumily méně, než mohly. Další díl se bude zabývat nasazením a možnostmi tepelných elektráren. Vysvětlí, proč jich bylo málo a nemohlo jich být více. Třetí díl rozebere samotný blackout.

---

Pozn. red.: Vzhledem ke složitosti tématu a stále probíhajícímu vyšetřování mohou být informace v článku dále zpřesňovány.