Op 28 April het Spanje die ergste landwye kragonderbreking in Europa in byna 20 jaar beleef, met 60% van die land se elektrisiteitsvoorsiening wat binne net 5 sekondes verlore gegaan het. Hierdie katastrofiese kragonderbreking het nie net 50 miljoen mense in duisternis gedompel nie, maar ook die diepgewortelde teenstrydighede in Europa se energie-oorgang blootgelê. Dit is veral noemenswaardig dat dit die eerste keer ter wêreld is dat 'n "swart begin" met so 'n hoë persentasie hernubare energie gepoog is - die hele kragstelsel van nuuts af herbou.
Swart Begin: Die Herlewing van die Kragstelsel
Swart Begin is een van die mees komplekse en uitdagende noodoperasies in die kragbedryf. Dit verwys na die proses om krag geleidelik van nuuts af te herstel wanneer die kragnetwerk heeltemal verlam is en alle kragsentrales afgeskakel is. Hierdie konsep spruit voort uit 'n fundamentele teenstrydigheid in die kragstelsel: kragopwekking benodig elektrisiteit. Die oorgrote meerderheid kragsentrales – of dit nou steenkool-, gas- of kernkragsentrales is – benodig eksterne krag om hul sleuteltoerusting te begin.
Black Start word die "kardiopulmonêre resussitasie" van die kragstelsel genoem, want dit moet so presies en ordelik wees soos 'n dokter wat 'n pasiënt red:
1. Begin die "vonk"-kragsentrale: Maak eers staat op 'n paar spesiale kragsentrales met self-aanvangvermoëns (gewoonlik klein waterkragsentrales of gaskragsentrales wat met dieselgenerators toegerus is) om aanvanklike elektrisiteit op te wek;
2. Vestig "krag-eilande": Gebruik hierdie aanvanklike kragte om meer kragsentrales te begin om verskeie klein onafhanklik bedryfde kragnetwerkgebiede te vorm, wat elk 'n standaardfrekwensie van 50 Hz akkuraat moet handhaaf;
3. Sinchrone netwerkverbinding: Soos 'n legkaart, verbind hierdie "krageilande" geleidelik om te verseker dat die frekwensie en spanning volledig ooreenstem voordat hulle aan die netwerk gekoppel kan word;
4. Lasbeheer: Beheer die spoed van toegang tot kragaanvraag noukeurig om te verhoed dat die brose kragnetwerk wat pas herstel is, weer ineenstort as gevolg van 'n styging in las.
Groot tegniese probleme van Black Start
1. Magsafhanklikheidsdilemma
Die meeste kragsentrales kan nie self begin nie en benodig eksterne kragondersteuning. Steenkoolkragsentrales benodig byvoorbeeld elektrisiteit om brandstof te vergruis en te vervoer, en kernkragsentrales maak staat op elektriese pompe en klepstelsels. Slegs ongeveer 10% van waterkragsentrales en 'n paar gaskragsentrales wat met dieselgenerators toegerus is, het self-aanvangsvermoëns. Hierdie "hoender-of-eier"-dilemma is die primêre probleem waarmee swart aanvangs te kampe het.
2. Presisie van stelselsinchronisasie
Tydens die herstelproses moet elke "krag-eiland" streng 'n standaardfrekwensie van 50Hz (Europese standaard) handhaaf. 'n Frekwensie-afwyking van meer as ±0.5Hz kan netwerkverbindingsfout veroorsaak of selfs toerusting beskadig. Tydens die swart beginproses na die Quebec-verduistering in Kanada in 1982, het 'n groot ongeluk skade aan weerligafleiers en transformators veroorsaak as gevolg van spanning wat 1.05 keer die limietwaarde oorskry het.
3. Verlamming van inligting- en beheerstelsels
Wanneer die kragnetwerk heeltemal afgeskakel word, sal 'n groot aantal alarmboodskappe skielik die versendingsentrum binnevloei, en die kommunikasiestelsel is dikwels beperk in funksie as gevolg van beperkte rugsteunkrag. Die GS-kragtoevoer van baie telemetrie- en afstandbeheertoerusting kan slegs 'n paar uur hou. 'n Lang kragonderbreking sal lei tot die oordrag van foutiewe inligting, wat dit moeilik maak vir versendingsbeamptes om korrekte oordele te vel.
Nuwe uitdagings wat deur die hoë persentasie hernubare energie gebring word
Spanje staar die wêreld se eerste uitdaging van swart begin in die gesig onder die toestande van 'n hoë persentasie hernubare energie. Hernubare energie maak 56% van sy kragstruktuur uit (windkrag 23%, fotovoltaïese krag 17%, waterkrag 13%), kernkrag maak 19% uit, en natuurlike gas word aangevul. Hierdie nuwe kragstruktuur het unieke voordele gebring en ongekende probleme geskep:
1. Die "tweesnydende swaard"-effek van wind- en sonkragopwekking: hernubare energie sal outomaties van die netwerk ontkoppel wanneer die kragnetwerk faal (veiligheidsmeganisme), wat die omvang van kragonderbrekings vererger; en wanneer dit herstel word, is dit moeilik om stabiele ondersteuning te bied as gevolg van die intermitterende aard daarvan.
2. Onvoldoende stelseltraagheid: Die roterende eenhede van tradisionele termiese krag en kernkrag bied die "traagheid" van stabiele netwerkfrekwensie, terwyl wind- en sonkragopwekking hierdie eienskap kortkom, wat frekwensiebeheer moeiliker maak.
3. Tekortkominge in energiebergingskapasiteit: Spanje se energiebergingskapasiteit maak slegs 0,3% van die elektrisiteitsvraag uit en kan nie ernstige skommelinge buffer nie.
Toe die Iberiese Skiereiland in duisternis verval het, het die Spaanse kragnetwerkoperateur Red Eléctrica onmiddellik die mees komplekse kragonderbrekingsoperasie in die geskiedenis van stapel gestuur. Hierdie presiese kragherstelproses het 15 uur geduur, en eers om 3:30 die volgende dag het Spanje aangekondig dat 99,95% van die kragtoevoer herstel is. Hierdie werklike operasie het waardevolle eerstehandse ervaring vir die globale energiebedryf gebied.
Gefaseerde Herstelstrategie
1. Hidrokrag speel 'n baanbrekersrol
Die 10%-aandeel van hidrokrag in Spanje en 25% in Portugal het 'n reddingsboei geword - hidrokragstasies kan met byna geen eksterne kragtoevoer begin word nie, en kan "natuurlike bondgenote van swart aanvang" genoem word. Die twee groot pompopgaarkragstasies La Muela en Aldeadávila het binne drie minute sinchronisasie voltooi, en die krag het van nul na 3 GW gespring.
2. Natuurlike gas dra die las
Al sewe kernkragaanlegte in Spanje is outomaties afgeskakel weens beskermingsmeganismes, en as gevolg van die "xenon-135-vergiftiging"-effek, neem dit 24-48 uur om weer te begin. In die geval van onstabiele wind- en sonkragopwekking, het aardgas-gekombineerde sikluskragsentrales die steunpilaar van die herstel van die kragnetwerk geword.
3. Eiland-sinchronisasiestrategie
Operateurs verdeel die land in verskeie streke (soos Aragon-Katalonië, Galisië-León, ens.), en herstel en sinchroniseer hulle geleidelik soos 'n legkaart. Elke streek moet eers 'n stabiele 50Hz-frekwensie-"eiland" vestig voordat hulle versigtig met ander streke verbind.
Dit is opmerklik dat die kragonderbreking in Spanje slegs vier tot vyf sekondes geduur het in San Vicente del Monte, die enigste dorpie in Spanje wat nie krag verloor het nie, wat aan die dorp Valdáliga behoort. In 2020 het Viesgo 'n innoverende energiebergingsprojek in die dorpie ontplooi. Vir die gemiddelde elektrisiteitsverbruik van 50 kWh gedurende die dag in die dorp Mount Saint Vincent, kan die projek elektrisiteitsvoorsiening aan die gebied vir ongeveer 5 uur waarborg.
Wanneer die proporsie hernubare energie te hoog is (sonder die netwerkstabiliteits-traagheid van tradisionele energie), is die veerkragtigheid van die bestaande Europese netwerk reeds onvoldoende. Dit is nodig om beleggings in netwerkvlak-omsetters, battery-energieberging, sinchrone hernubare energie (biomassa/pompberging) en interkonneksielyne te verhoog. Alhoewel hierdie reeds beplan word, het hulle nie daarin geslaag om die kragonderbreking en die krisis betyds te voorkom nie.
