Jak probíhal španělský blackout 28. dubna? Díl III.: 0,6 Hz – frekvence, která vypla Španělsko

Španělská vládní komise A28 a operátor přenosové soustavy Red Eléctrica v půlce června vydali první dvě oficiální zprávy k celostátnímu výpadku elektřiny, který nastal 28. 4. 2025. Na jejich základě si jde udělat přesnější představu, proč k blackoutu došlo.

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)

V třídílném seriálu na TZB-info vysvětlujeme kontext a podrobně rozebíráme průběh výpadku:

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

V prvním dílu jsme si řekli, jak přepětí ve Španělsku vzniklo a že při jeho regulaci tamní OZE mohly hrát jen omezenou roli. Hlavním nástrojem pro řízení napětí jsou ve Španělsku tepelné zdroje. Druhý díl vysvětluje, proč jich bylo 28. 4. v síti připojeno rekordně málo.

Třetí díl vysvětluje, jakou roli sehrálo kolísání frekvence a proč došlo ke kaskádě přepětí, která způsobila úplný výpadek.

Mechanismus blackoutu z 28. 4. je velmi neintuitivní. Roli hrálo přepětí, ale i podpětí způsobené rušivým kmitáním frekvence a pak znovu přepětí. Abychom se v tom mohli vyznat, musíme to vzít od začátku.

1. Co je frekvence?

Většina evropské sítě a spotřebičů používá střídavý proud. To znamená, že proud v síti neustále kmitá tam a zpět. Toto proudové „vibrování“ pak umí spotřebiče přeměnit na užitečnou práci.

Můžeme si to představit jako auto – písty v motoru vibrují tam a zpět (proud v síti), ale s pomocí klikové hřídele a převodovky (spotřebiče) přemění auto toto kmitání na otáčení kol (požadovanou energetickou službu). Motor, tedy to, co vytváří frekvenci, jsou v síti synchronní generátory klasických elektráren.

Frekvence je rychlost kmitání napětí, a tím i střídavého proudu a výkonu v síti. Střídavý výkon má tvar sinusovky, která osciluje nad i pod 0 W. Frekvence říká, kolik těchto úplných sinusovek (celých kmitů nahoru a dolů) se vejde do jedné vteřiny. Jednotka frekvence je hertz (Hz) a označuje počet kmitů za vteřinu.

Důležité je, že všechno, co je připojené k síti, výroba i spotřebiče, musí kmitat stejně. Říká se tomu synchronismus. Směr proudu se v evropské síti mění 50× za vteřinu, elektřina v Evropě tedy kmitá s frekvencí 50 Hz. Za normálních okolností jsou všechny zdroje a spotřebiče v celé Evropě sladěné a fungují na této frekvenci. Když se frekvence odchýlí, síť se „rozladí“ a propojení přestane fungovat. Proto je důležité frekvenci udržovat co nejblíž stanovené hodnotě 50 Hz.

Tuto vlastnost si můžeme představit jako rádio – pokud jsou vysílač (zdroj elektřiny) a přijímač (spotřebič) na stejně frekvenci, můžeme poslouchat vysílání. Spojení i spotřebič funguje, jak má. Čím víc se frekvence odchýlí, tím je poslech méně kvalitní – objevuje se šum a ruchy. A když se odchýlí moc, není slyšet nic. Síť se rozpadne, propojené zdroje a spotřebiče nefungují nebo se odpojí, aby se nepoškodily. Nastane výpadek elektřiny.

Na příkladu s rádiem vidíme, že frekvence odpovídá souladu výroby (vysílače) a spotřeby (přijímače), tedy zda je v síti právě tolik elektřiny, kolik je v danou chvíli potřeba. Kdy je elektřiny méně, frekvence klesá, když je jí více, tak stoupá.

Problém nastává, když různé jevy způsobí, že se v síti objeví jiné frekvence, které 50 Hz ruší.

2. Poruchy frekvence

Představme si síť jako dlouhou nataženou strunu. Rotory tepelných zdrojů jsou jako trsátka, která na ni brnkají a tím ji rozeznívají (dodávají energii). Důležité je, že všechna trsátka brnkají (rotory se otáčí) synchronně ve stejném rytmu a struna tak zní na stálé frekvenci 50 Hz.

Protože je ale struna velmi dlouhá, zdrojů jsou tisíce a jsou daleko od sebe, každou chvíli některé trsátko brnkne mimo rytmus a vznikne rušivý kmit. To znamená, že frekvence v síti se změní bez ohledu na bilanci výroby a spotřeby.

Vlivem dynamiky sítě pod vysokým napětím se začnou ve vedení objevovat vlny výkonu. U menších kmitů to bývají megawatty, ale u větších nebo netlumených kmitů klidně stovky megawattů.

Zároveň z prvního dílu víme, že tyto vlny, neboli změny činného výkonu, ovlivní množství jalového výkonu, a tím se ovlivní napětí. A při vyšších kmitech v síti vysokého napětí přibývají ne volty, ale kilovolty.

Není-li nežádoucí kmitání tlumeno, naopak zesiluje a odchylky výkonu, proudu a napětí se zvyšují. A protože hodnoty výrazně mimo rámec by mohly způsobit poškození zdrojů i spotřebičů, jsou jističe a ochrany nastaveny tak, aby při překročení určitých mezí vypnuly.

Proto je žádoucí, aby se síť rozkmitávala co nejméně.

3. Setrvačnost a náchylnost k rozkmitání

Turbíny tepelných zdrojů váží jednotky až stovky tun a rotují rychlostí několika tisíc otáček za minutu. Přimět něco takového zrychlit nebo zpomalit není jednoduché a chvíli to trvá. Proto se změny frekvence projevují se zpožděním. Setrvačnost tedy ovlivňuje rychlost změny frekvence.

Pro bezpečný provoz sítě je evropskými předpisy stanovena minimální hodnota setrvačnosti v síti H na 2 sekundy. Což španělská síť těsně splňovala a v době blackoutu měla setrvačnost 2,3 sekundy.

Vysoká setrvačnost neznamená, že síť rozkmitat nelze. Jen, že to trvá to déle.

4. Běžné příčiny kmitání frekvence

Frekvenci ve španělské síti celé odpoledne lehce rozlaďovala, rozkmitávala řada běžných provozních událostí. REE na ně byl připraven a pro jejich zvládání měl i dostatek prostředků. Mezi tyto rušivé události patří:

1. zapínání a vypínání zdrojů během dne. Například s východem slunce se připojuje fotovoltaika, a naopak se odpojují tepelné zdroje.
2. připojování a odpojování části vedení kvůli regulaci jalového výkonu a přepětí, vysvětlili jsme v prvním díle,
3. změny v programu přeshraničního vedení – výkon směřující do zahraničí byl během dne několikrát upravován z tržních i provozních důvodů,
4. přirozené oscilace v síti.

Všechny tyto jevy „brnkají“ do sítě mimo rytmus a ruší frekvenci. Zatímco první tři jsou celkem jasné, čtvrtý je potřeba vysvětlit.

5. Přirozené oscilace

Vraťme se k přirovnání sítě ke struně, na kterou synchronně brnká spoustu hráčů – zdrojů. Hráči sice brnkají synchronně, ale kdybychom přesnost jejich brnkání rozebrali na milisekundy, najdeme drobné odchylky. Ať už to jsou hráči, kteří stojí hned vedle sebe (dva generátory v jedné elektrárně) nebo na úplně opačných koncích struny (jeden ve Španělsku, druhý v Turecku). Všechny odchylky, i ty milisekundové, jsou v síti patrné. Frekvenci 50 Hz nepatrně vychýlí, na což reagují ostatní zdroje, které kvůli tomu mírně zrychlí nebo zpomalí a tím vlnu vrátí zpátky.

Sítí se tak neustále nesou jemné disharmonie. Některé jsou globální, procházejí celou evropskou soustavou. Reporty A28 a REE hovoří o „inter-area oscillation mode“, což bychom mohli přeložit jako mód mezioblastního kmitání.

Některé z nich jsou tak obvyklé, že mají svá jména. Přirozený mód, který hrál důležitou roli při španělském blackoutu, se jmenuje Východ – střed – západ. Rezonuje na frekvenci 0,2 Hz a nese se od Turecka přes Německo až do Pyrenejí a zpět. Nejvýrazněji se projevuje právě na okrajích, Španělsko je tedy na projev tohoto jevu náchylnější (reporty zmiňují „efekt biče“). V tomto článku budeme tento mód dále nazývat jako „mezinárodní kmitání“.

A pak jsou tady přirozené lokální oscilace. Drobné rozdíly v rotaci generátorů v určité oblasti vytvářejí vlastní charakteristické chvění. V tomto příběhu je podstatný přirozený španělský mód 0,6 Hz, ještě se k němu vrátíme.

6. Kmitání 28. 4. dopoledne

Z pohledu výkyvů frekvence stojí události z kapitoly 4 málokdy za řeč samy o sobě. Zajímavější to ale začne být, když se tyto události a jejich frekvence sejdou. Tedy k mezinárodnímu kmitání se přidá nějaká další změna, která toto kmitání dále podpoří – třeba vypnutí konvenčních zdrojů. „Ruchy“ těchto událostí se sečtou a vzniknou viditelnější zhoupnutí frekvence, která zmiňují oba reporty. Zatímco ranní souběhy těchto událostí se zvládly utlumit automaticky, pozdější už si vyžádaly zásah operátora sítě.

První ruční zásah musel přijít v 10:30. Ceny elektřiny se v tuto dobu dostaly do záporu, na což reagovaly jak menší (domácí, firemní) fotovoltaické elektrárny, které snížily výkon, tak přeshraniční vedení, které snížilo vývoz. A protože jak OZE, tak přeshraniční vedení umí měnit svůj výkon okamžitě, projevily se tyto kroky jako silnější brnknutí mimo frekvenci. A aby toho nebylo málo, tyto kroky se sešly s mezinárodním kmitáním, čímž se rušivá frekvence zesílila.

Další kmit s podobnými příčinami, změny ve výrobě OZE a ve výkonu přeshraničního vedení (ceny se mění každých 15 minut), nastal o půl hodiny později v 11:03.

Oba tyto kmity byly sice výraznější, ale pořád ve zcela bezpečných mezích.

7. Tlumení frekvenčních kmitů

Tlumení frekvenčních kmitů je něco jiného než setrvačnost. Setrvačnost zpomaluje rychlost změny frekvence. Ale je-li rušení (kmitání frekvence mimo 50 Hz) silné a trvá-li dostatečně dlouho, nakonec se mu i těžké turbíny podřídí – zrychlí nebo zpomalí. Tlumení naproti tomu funguje jako frekvenční brzda, která amplitudu kmitání omezuje.

Tlumení je jednak přirozené a jednak aktivní. Přirozené tlumení vzniká díky „vrozeným“ odporům a ztrátám v síti, ve zdrojích i spotřebičích. To mj. znamená, že moderní účinnější zdroje, spotřebiče, vedení a změna zátěže z těžkých strojů a odporů na elektroniku sice snižují ztráty a spotřebu energie, ale také méně tlumí.

Když použijeme příklad, stejně jako starší auta umožňovala znatelně brzdit motorem, tedy zpomalovat i bez brzd, moderní motory mají tak malé tření, že i při jízdě bez plynu skoro nebrzdí a chce-li řidič zpomalit, musí tak učinit aktivně – šlápnout na brzdu.

Aktivní tlumení zajišťují jednak samostatná zařízení:

• PSS (Power System Stabilizer) u zdrojů s turbínou,
• POD (Power Oscillation Damping controller) u prvků s měniči – fotovoltaika, vítr, baterie, STATCOM

Na rozdíl od setrvačnosti aktivní tlumení není přirozenou vlastností některých zdrojů, ale samostatným hardwarem, které se instaluje dodatečně.

Ve Španělsku jsou hlavním zdrojem aktivního tlumení paroplynové elektrárny, které jsou všechny vybavené PSS. Uhelné elektrárny reporty v této souvislosti nezmiňují, není tedy jasné, zda touto funkcí disponují taky. Zpráva A28 ovšem uvádí, že španělské jaderné elektrárny až na jednu výjimku PSS neobsahují. Navzdory vysoké setrvačnosti tak španělské jádro tlumit neumí. A současné fotovoltaické a větrné elektrárny také ne.

Větší POD potom najdeme například u přeshraničního stejnosměrného vedení (HDVC) do Francie.

Další možnosti aktivního tlumení je změna konfigurace sítě. Sem patří:

• Prodloužení a zpevnění vedení – připojení dalších vedení zlepší odolnost vůči kmitání. Zjednodušeně můžeme říct, že rozhoupat delší lano dá větší práci. Španělé měli od rána část linek odstavených kvůli omezování přepětí, měli tedy co připojovat.
• Změna exportu – změna výkonu ovlivní frekvenci a míra propojení se zahraničím se projeví ve vlivu mezinárodního kmitání.
• Změna režimu přeshraničního stejnosměrného vedení HDVC – kromě toho, že má toto vedení vlastní POD, může jeho přepnutí simulovat další zdroj nebo zátěž v síti, a tak pomáhat tlumit kmitání.

REE na silnější kmitání reagoval tak, že k síti postupně připojoval části vedení, které byly dosud odpojené kvůli nízké zátěži a přepětí, viz první díl článku. Připojením dalšího vedení REE zvětšil a zpevnil síť, „prodloužil strunu“ a zlepšil tak přirozené tlumení frekvence. Tento krok skutečně zafungoval a nežádoucí dopolední oscilace v obou případech během pár minut odezněly.

Z předchozích dílů článku ale víme, že toto je dvojsečné. Vedení bylo odpojené proto, aby nezatížená síť negenerovala kapacitní jalový výkon a nezvyšovala tak přepětí. Připnutím části odpojeného vedení tak REE sice zpevnil síť proti kmitání, ale zvýšil náchylnost na přepětí.

Toto musíme zdůraznit: kroky, které REE dělal pro tlumení a stabilizaci frekvence, zároveň zvyšovaly napětí v síti. Protichůdnost těchto dvou věcí je jedním ze zásadních mechanismů celého blackoutu.

8. Proč REE řešil tlumení frekvence na úkor omezování přepětí?

Výraznější zakmitání frekvence má prioritu před náchylností na přepětí. Jestliže rostoucí přepětí je číhající nepřítel, houpání frekvence je okamžitý útok.

A máme-li omezené prostředky obrany, musíme s nimi nejprve odrazit útok (stabilizovat frekvenci) a pak se teprve vrátit k obraně hranic (hlídání napětí).

Navíc rozšíření sítě obvykle zvýší napětí staticky a do určité míry předvídatelně, kdežto kmitající frekvence ho zvyšuje dynamicky, nárazově a s každým kmitem víc.

Zvýšení napětí bylo ale paradoxně potřeba i pro funkční tlumení. Je to dané propojením tlumiče PSS se zařízením AVR (automatic voltage regulator), které známe z předchozích dílů článku. Je to součást synchronních generátorů, která má na starosti dodávku nebo pohlcování jalového výkonu Q, a tím pomáhá řídit napětí v síti. Tlumení PSS je prakticky přídavný hardware k AVR, „ovládá generátor“ prostřednictvím AVR.

AVR ale primárně řeší dodávku nebo odběr jalového výkonu Q v závislosti na napětí sítě. A jeho možnosti dodávat nebo pohlcovat Q nejsou nekonečné. A když se AVR dostane na doraz, „zablokuje se“ a nemůže se přenášet tlumicí signál PSS. Jak se stane, že se AVR dostane na doraz?

9. Jak se kmitáním může síť dostat do podpětí?

Střídavý výkon znamená, že při rušivé frekvenci začne napětí skákat nad, ale i pod 400 kV. Z toho vyplývá, že kmitající síť musí vedle omezování přepětí, což dělala celé ráno a většinu dopoledne, začít řešit i podpětí. Pro AVR tepelných zdrojů to znamená střídavě kompenzovat vysoké a nízké napětí dodávkou nebo odběrem jalového výkonu Q, viz první a druhý díl článku.

Ale zatímco s odebíráním Q (regulace přepětí) od rána pomáhala konfigurace celé sítě včetně OZE, tlumivek a nastavení přeshraničních vedení, na dodávku Q, tedy regulaci podpětí, byly AVR tepelných bloků samy. Když se během rušivého rozkmitání napětí dostalo hlouběji pod 400 kV, AVR se dostaly na své limity a dál už jalový výkon dodávat nemohly, i když síť ho potřebovala. A když jsou AVR na dorazu, nefunguje ani tlumení PSS, tedy kmity se mohou stále více rozhoupávat.

Vzhledem k nastavení sítě (od rána všechno nastavené ve prospěch omezování přepětí) byly kmity napětí směrem dolů tlumené méně než směrem nahoru a síť se během kmitání začala dostávat naopak výrazněji do podpětí.

Připojením dalších vedení tak REE jednak rozšířil síť, čímž zlepšil přirozené tlumení, ale zároveň tím zvedl i napětí. Díky tomu se mohly AVR paroplynových elektráren odlepit od dorazu a s nimi mohly znovu začít fungovat PSS, a tedy i aktivní tlumení. Díky těmto dvěma principům, delší síti a funkčním PSS, se dařilo výraznější rušivé kmitání úspěšně tlumit.

10. Vynucená oscilace ve 12:03

V čase 12:03 se v síti objevilo významné rušivé kmitání v jihozápadní oblasti Španělska. Dnes už víme, že pocházelo z jedné fotovoltaické elektrárny. Její identita je v reportu A28 začerněna, ale pravděpodobně unikla, protože různá média uvádějí fotovoltaiku Núñez de Balboa u obce Usagre v provincii Badajoz, vlastněnou společností Iberdrola.

Jedná se o obří farmu s výkonem 500 MW (největší český fotovoltaický klastr Ralsko má 56 MW). Tento zdroj je připojený k jedné rozvodně v rámci klastru, tedy elektrárna sdílí připojení k síti s jinými fotovoltaickými zdroji v dané oblasti. Důvod zakmitání není dosud známý, ale jako nepravděpodobnější se jeví technická závada měniče.

Proč byla tato oscilace kritická?

Oscilace ve 12.03 byla vynucená, silná, dlouhá, zahrnovala činný i jalový výkon a svou frekvencí se trefila do citlivého místa španělské sítě.

Před oscilací byl výkon elektrárny Núñez de Balboa okolo 250 MW. Ve 12:03 ale řídicí systém elektrárny začal periodicky měnit svůj výkon s amplitudou +− 50 MW. Vynucená oscilace znamená, že bez ohledu na poptávku a frekvenci v síti dodávala tato elektrárna vyšší výkon, který pulzoval s vlastní frekvencí 0,6 Hz.

Elektrárna navíc měnila nejen činný, ale i jalový výkon Q, což zpráva A28 komentuje jako velmi neobvyklé. Jak jsme si řekli v prvním dílu, fotovoltaika ve Španělsku měla za úkol držet pevný účiník a nehýbat s jalovým výkonem.

Elektrárna tak nehýbala jen s výkonem a frekvencí, ale přímo i s napětím, které tak získalo rozkmit až 33 kV a nejvíce se odchýlilo na −375 kV. Právě díky tomuto houpání se síť začala dostávat hlouběji do podpětí, což zablokovalo tlumení, jak jsme vysvětlili kapitole 9.

Nejhlubší kmity přitom vykazovala rozvodna Almaraz v oblasti Extremadura, tedy na jihozápadě Španělska, odkud pocházel i zdroj kmitání.

Dalším kritickým faktorem byla frekvence vynuceného kmitání, která byla zrovna 0,6 Hz. Taková frekvence totiž odpovídala lokálnímu frekvenčnímu módu 0,6 Hz. Jak jsme si řekli v kapitole 5, tyto módy v síti přítomné neustále a samy o sobě neznamenají problém. Ale když se k nim přidá aktivní kmitání na stejné frekvenci, podpoří se. A když jeden z nich navíc touto frekvencí pumpuje velmi silně a dlouho, tak se kmity významně zesílí. A přesně to se stalo.

Kdyby vadná fotovoltaika kmitala mimo přirozený mód (např 0,5 Hz), rozhodilo by to frekvenci v síti řádově o jednotky mHz. Pořád by to byla významná porucha, ale z pohledu stability sítě by nešlo o nic fatálního. Shoda rušivého kmitu s místním oscilačním módem ale způsobila, že frekvence sítě začala rezonovat +− 35 mHz (celkem 70 mHz), tedy řádově víc. A jak jsme zmínili v kapitole 2., takto vysoká odchylka frekvence ve 400kV soustavě znamená, že sítí začnou létat stamegawattové výkony. Graf výkonu přeshraničního vedení ukazuje až 600 MW.

11. Jak REE zvládal první vynucenou oscilaci?

REE na vynucenou oscilaci ve 12:03 reagoval nejprve omezením vývozu elektřiny do Francie ze 2300 MW na 1500 MW. Snížení vývozu znamenalo i snížení domácí výroby, REE tento výkon ubral právě u fotovoltaických elektráren na (tržní operace na základě aukce, požadavek na snížení výkonu). Tím odlehčil vedení, proudilo jím méně činného výkonu. To tlumilo kmity a napětí se zvedlo.

Dále postupně odpojil několik tlumivek. Z předchozích dílů článku víme, že tlumivky jsou samostatné cívky, která jsou v síti pro odebírání jalového výkonu a snižování napětí. Odpojením tlumivek napětí v síti opět stouplo, ale pořád to nestačilo.

Přepnul přeshraniční stejnosměrné vedení HDVC do režimu Pmode 1, tedy na konstantní vývoz 1000 MW. To znamená, že místo aby se toky v tomto vedení přizpůsobovaly situaci v síti jako dosud (skoky o stovkách MW, viz výše), drželo vedení nově konstantní výkon a sloužilo tak jako stabilní opěrný bod.

Stále to nestačilo, REE tedy připojil další 400kV vedení, která byla dosud odpojená. Tím dále zlepšil tlumení a přizvedl napětí, které se při kmitech dostávalo znatelně do minusu.

Všechna tato opatření pomohla španělské síti vynucené kmitání přežít a porouchaná elektrárna sama přestala zlobit ve 12:07, tedy o 4 minuty a 42 vteřin později. Nežádoucí rušení tak zmizelo, ale zanechalo Španělskou síť ve značně nevýhodné pozici vůči dvěma nebezpečím:

1. „obranné“ kroky zvedly napětí, které se dosud REE snažil celý den snižovat, viz první díl článku,
2. navzdory úspěšnému tlumení kmitů o frekvenci 0,6 Hz se výrazně omezila schopnost tlumení pomalého mezinárodního kmitání 0,2 Hz (vlivem řady technických a fyzikálních detailů, které v zájmu zachování přijatelné délky článku vynecháme).

REE se ve své zprávě hájí tím, že navzdory z pohledu běžného provozu významné poruše se hodnoty napětí ani frekvence neodchýlily daleko od normálu a oscilace tlačila síť především do podpětí, viz obrázek výše. Akutní nebezpečí tedy přicházelo „zespodu“ a proto primární snahou operátora bylo napětí zvednout.

Druhá věc je, že všechny tyto kroky nebyly nějaké momentální nápady REE, ale jsou součástí protokolu, co dělat při tlumení frekvenčních kmitů. A v tomto ohledu byly úspěšné.

12. Další oscilace ve 12:16 a 12:19

Sotva si operátor otřel zpocené čelo po první oscilaci, ozvalo se kmitání 0,6 Hz znovu. Tentokrát sice bylo výrazně slabší s amplitudou 30 mHz – méně než poloviční oproti první epizodě. Ale i tak znovu ovlivnilo napětí, které začalo klesat dolů směrem k 380 kV. REE tedy připojil další dvě dosud odpojená vedení, a naopak odpojil další dvě tlumivky. Tím opět pomohl tlumit kmity, ale zároveň opět zvýšil napětí.

Vzhledem ke slabší intenzitě a mnoha zpevňujícím opatřením by toto druhé kmitání samo o sobě takové škody nezpůsobilo, ale ve 12:19 do sítě skrz své slabé tlumení „vyhřezl“ mezinárodní mód 0,2 Hz. A protože byl slabě tlumený, rozkmital se až s amplitudou 200 mHz.

Tím opět způsobil oscilace napětí, které měly sice nižší amplitudu než u vynuceného kmitání z 12:03, ale i tak – a opět v Almarazu – dokázaly stlačit napětí až pod 375 kV a hrozila aktivace podpěťových ochran.

REE proto připojil další dosud odpojené linky, opět snížil export do Francie a tentokrát i do Portugalska. Znovu tak snížil zátěž a prodloužil vedení, čímž zase zvýšil napětí.

Současně si REE požádal o aktivaci dalších tepelných zdrojů na jihozápadě. Z předchozích dílů víme, že mu obratem odpověděla jedna paroplynová elektrárna, ovšem s časem startu 1 hodina 30 minut. Nic lepšího k dispozici nebylo, REE si tedy tuto další elektrárnu objednal na 14 h a do výpadku už naběhnout nestihla. Další elektrárny se také přihlásily, ale s časem startu ještě pozdějším.

Přijatá opatření zvládla oba kmity ve 12:22, tedy během třech a půl minuty ztlumit. Z pohledu frekvence, výkonu a kmitání byl chvíli konečně klid.

Španělsko v tuto chvíli potřebovalo trochu štěstí, ale místo něj se dostavily následky všech opatření přijímaných REE za poslední dvě hodiny – v síti začalo přirozeně a velmi rychle růst napětí.

13. Z podpětí zpět do přepětí

Napětí začalo růst postupně hned od 12:24, na což REE reagoval tak, že začal připojovat zpátky tlumivky, které odpojil teprve před několika minutami. Ve 12:30 sice bylo napětí v rámci normálních hodnot, ale s rostoucí tendencí. Možná, kdyby se dál nic zvláštního nestalo, mohla by to síť ustát. Ale stalo se.

Po 12:30 se začaly přepínat programy přeshraničních vedení. Jinak řečeno, plánovaně se snižoval vývoz v důsledku snižujících se cen elektřiny. Změny programů vedou běžně ke kolísání frekvence, ale teď se to vůbec nehodilo. Nižší vývoz znamená méně zatížené vedení a vyšší napětí.

Dále snížení vývozu musí odpovídat i snížení výroby. Opět (a logicky) se snižovala výroba fotovoltaických elektráren, což ale omezilo jejich schopnost regulovat jalový výkon. Tento krok proto opět vedl ke zvýšení napětí.

A konečně na změnu cen elektřiny zareagovaly i malé zdroje pod 1 MW, které ale dispečink nemá pod dohledem, nevidí je. Jedná se o domácí nebo podnikové elektrárny. Ty také snížily svou dodávku do sítě vlivem záporných cen. Další zvýšení napětí.

Zařízení, která měla v tuhle chvíli primárně odebírat jalový výkon a snižovat tak přepětí, byly velké tepelné elektrárny. V druhém dílu jsme si ale řekli, že jednak jich bylo málo, jednak to některé z nich nedělaly dostatečně a některé se dokonce samy chovaly kapacitně, tedy přepětí zhoršovaly.

Dále měly jalový výkon sice málo, ale alespoň trochu odebírat obnovitelné zdroje. Část z nich to ale nedělala, protože měly vlivem záporných cen snížený výkon, což jim neumožňovalo držet stanovený účiník, viz první díl článku.

14. odbočky transformátorů a pád rozvodny v Granadě

Už teď je téma celkem složité, ale bohužel není zbytí a musíme přidat další prvek.

Část sítě, o které jsme dosud nemluvili, jsou transformátory. Ty transformují napětí mezi přenosovou soustavou a distribucí nebo zdrojem a zajišťují, aby při kolísání napětí na straně jedné zůstalo odpovídající napětí na straně druhé.

Součástí transformátorů je tzv. přepínač odboček (tap changer), který přepíná mezi různými vinutími v transformátoru podle toho, jestli transformuje vyšší nebo nižší napětí. A protože rušivé kmity z předchozí půlhodiny tlačily síť do podpětí, zůstaly nejspíš některé z nich přepnuté na tento stav a na rychle rostoucí napětí se zatím z neznámých důvodů buď nepřepnuly nebo ne dost rychle.

To způsobilo, že i když na přenosově straně bylo napětí ještě v normálu, na sekundární straně (zdroj, distribuce) skokově vzrostlo, což aktivovalo ochrany.

Teď už se události přestávají počítat na minuty a začínají se počítat na vteřiny.

Pravděpodobně z těchto důvodů (nepřepnutá odbočka transformátoru) ve 12:32:57 vypadla bloková rozvodna v Granadě na jihu Španělska. To se ale nemělo stát, napětí na přenosové straně bylo zatím s rezervou přijatelných 418 kV. Bezpečná hranice, kterou by měly všechny síťové prvky i zdroje bez problémů zvládnout, je přitom až 435 kV (a s problémy by měly po 60 minut vydržet i 440 kV). Výpadek tedy byla chyba této rozvodny.

Hloupé bylo, že to nebyla rozvodna pro jeden zdroj, ale pro celý klastr. K rozvodně bylo připojených několik fotovoltaických a větrných parků, které zrovna nejen vyráběly 355 MW, ale především celá tato větev absorbovala 165 MVAr (megavoltampér reaktanční, jednotka jalového výkonu) a snižovala tak napětí. 165 MVAr je celkem dost a za stávajících okolností, kdy síť potřebovala každý pohlcený MVAr pro udržení napětí na uzdě, byl takový výpadek zcela fatální.

Jestliže vynucené kmitání ve 12:03 dostalo síť na hranu kolapsu, pád Granady byla poslední rána do zad a síť se zhroutila.

15. Kaskáda přepětí a výpadků

Výpadek Granady měl několik následků:

• Pokles činného výkonu zastavil vývoz do Francie
• Snížila se frekvence
• Napětí v jižní části sítě vzrostlo na 424 kV.

Ve 12:33:16, tedy o 19 vteřin později vypadly dvě sběrnice klastrů obnovitelných zdrojů v oblasti Badajoz. A jelikož sběrnice opět znamená propojení více zdrojů, přišla síť o obřích 727 MW činného výkonu a o blíže nespecifikované množství absorbovaných MVAr.

Opět klesla frekvence a vyskočilo napětí, což aktivovalo ochrany mnoha dalších obnovitelných zdrojů a ty se začaly odpojovat. Jednotlivé výpadky teď od sebe nedělila často ani sekunda a síť tak v mžiku přicházela o stovky megawattů činného a souběžně s tím o absorbci stovek MVAr jalového výkonu.

Chybějící výkon se Španělsko rychle pokusilo nasát z Francie. Takový nárůst výkonu se ale nelíbil ochranám přeshraničního vedení, které se odpojilo. Zároveň se REE vrátil jeho předchozí krok k potlačení rušivých kmitů – vedení HDVC místo aby s dovozem pomohlo, stále posílalo do Francie stabilních 1000 MW, což situaci po všech stránkách zhoršovalo.

Mezitím vypadla i první paroplynová elektrárna, čímž systém přišel nejen o výkon, ale i řiditelný regulátor jalového výkonu a setrvačnost. Jestli někde v celé události chyběla setrvačnost, tak tady. Na druhou stranu při takto extrémních okolnostech už by vyšší setrvačnost pád sítě nezachránila, ale jen zpomalila.

Došlo k odpojení dalších přeshraničních vedení, odpojení zátěže, tepelných elektráren, až ve 12:33:27, tedy pouhých 30 vteřin od pádu rozvodny v Granadě, nastal kompletní výpadek elektřiny, cero energético.

16. Co všechno způsobilo blackout?

Oba reporty na základě průběhu výpadku identifikují řadu pochybení a navrhují opatření k nápravě.

Regulace jalového výkonu, a tím i napětí 28. 4. od rána vycházela jen tak tak a v samotném finále okolo 12:30 byla naprosto nedostatečná. Síť by tedy v první řadě potřebovala více zdrojů nebo zařízení s dynamickým řízením napětí. Momentálně (než vstoupí do hry nová zařízení) to jsou hlavně tepelné zdroje a tlumivky.

Dynamickou regulaci jalového výkonu přitom umí technicky poskytovat i většina novějších OZE, jen se to po nich nechtělo. Vyhláška, která to vyžaduje, byla schválena až po blackoutu, viz první díl článku.

Část zdrojů – obnovitelných i fosilních – neposkytovala takovou absorpci jalového výkonu, jaká se od nich očekávala. V případě OZE se jednalo o funkci – při sníženém výkonu nešlo dodržet stanovenou hodnotu účiníku. V případě paroplynových zdrojů se jednalo o špatné nastavení, kdy AVR reagovaly až při vyšších hodnotách, tedy později, než měly.

Dále řada prvků do sítě posílala jalový výkon a přepětí ještě zhoršovala. Sem patří jak některé rozvodny, tak konvenční zdroje (porucha), tak obnovitelné zdroje (funkce, viz předchozí odstavec).

Stabilitu sítě výrazně snížilo nucené kmitání fotovoltaiky Núñez de Balboa. To vyčerpalo tlumení pro mezinárodní mód a snaha o potlačení obou ruchů nechala síť zranitelnou vůči rychlému přepětí. Kdyby tato elektrárna nezakmitala (a navíc o frekvenci 0,6 Hz), blackout ve Španělsku by 28. 4. nespíš nenastal, resp. musela by se stát nějaká jiná havárie.

Od 12:03 tedy vedle dynamické regulace přepětí síti výrazně chybělo i tlumení. To zajišťovaly prakticky výhradně plynové zdroje a těch bylo v síti jen 6, důvody jsou uvedeny v druhém dílu. Španělské jádro tuto funkci nemá a uhelný zdroj byl v síti jen jeden. Na jihozápadě, kde kmitání vzniklo, byla v provozu paroplynová elektrárna jen jedna. Kdyby den předtím z technických důvodů nevypadl druhý objednaný paroplyn v této oblasti, pravděpodobně by bylo tlumení výrazně lepší.

Nutno doplnit, že funkce tlumení není technicky vázána na paroplynové elektrárny. Mohou jí být vybaveny i jiné zdroje, včetně obnovitelných, nebo baterie.

Další nevhodné nastavení v souvislosti s OZE je, že na změny cen reagují okamžitě a skokově, což rozkmitává frekvenci. Bylo by lepší, kdyby reagovaly pozvolněji. Zároveň pro operátora sítě nejsou viditelné zdroje pod 1 MW. Ve Španělsku je přitom takové výroby několik gigawattů. Pomohlo by, kdyby o nich měl REE nějaký přehled.

Špatně bylo, že odbočky transformátorů u distribuce a zdrojů nereagovaly na změny napětí dost rychle. Žádný předpis to po nich dosud nevyžadoval.

Špatně byly nastavené ochrany u většiny ostatních OZE, které se odpojovaly při hodnotách napětí už v rozmezí 420–430 kV, kde měly ještě s rezervou držet. To byla kritická chyba, která způsobila rychlý výpadek výkonu, a tím i kaskádu přepětí a kolapsu frekvence ve 12:33.

Jako nevhodné se ukázalo přepnutí HDVC vedení do módu pevného vývozu, byť REE jednal v souladu s protokolem. Do budoucna bude potřeba přepínání módů tohoto vedení vyladit a případně doplnit další hardware, aby mohlo reagovat flexibilně.

A konečně má Španělsko vzhledem ke svému výkonu nedostatečné přeshraniční propojení, takže případná pomoc od sousedů je velmi omezená.

---

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