Problém jménem blackout

Elektřinu nelze skladovat. V síti jí musí být právě tolik, kolik zákazníci v danou chvíli požadují. Nerovnováha mezi výrobou a odběrem může způsobit plošný výpadek elektřiny na menším či větším území. A je tu ještě jedno úskalí – elektřina se řídí Kirchhoffovými zákony a nikoliv obchodními kontrakty. A tak když na pobřeží severního Německa fouká vítr, přebytek elektřiny se valí propojenou přenosovou sítí i do Čech a ohrožuje stabilitu naší soustavy. Bezproudí, neboli tzv. blackout, má pro naši na elektřině zcela závislou „civilizovanou“ společnost nedozírné následky. Mnoho zemí s ním má velmi konkrétní zkušenost a u nás je jen otázkou času, kdy přetečení velkého množství elektřiny z neřiditelných severoněmeckých větrných elektráren ochromí i naší zatím velmi „statečnou“ rozvodnou síť.

Příčiny blackoutu

• Příliš vysoký odběr elektrické energie, např. v horkém létě, kdy náhle vzroste používání klimatizací;
• zatížení přenosových systémů, průhyb, přetržení (padlým stromem, letadlem, cizím tělesem či mechanismem);
• nerozpoznání běžné poruchy včas a její kaskádovité šíření;
• chyby v koordinaci při propojování energetických soustav a ve výměně dat mezi provozovateli soustav;
• špatný technický stav energetické sítě;
• přenos velkých výkonů na hranici možné zátěže sítě.

Co se děje při blackoutu

Velkoplošný výpadek elektřiny je doprovázen chaosem. Už po několika hodinách prakticky nic nefunguje. Téměř okamžitě přestane fungovat průmysl, kolejová doprava, internet, pevné i mobilní sítě. Brzy je následují dodávky vody, čerpací stanice pohonných hmot a posléze se zastaví i vozy policie a hasičů a vyčerpají se záložní zdroje pro provoz úředních komunikačních sítí. Veřejný pořádek a bezpečnost jsou ve velkém ohrožení. Pokud taková situace netrvá déle než 24 hodin, zůstanou zachovány funkce uspokojující základní fyziologické potřeby lidí, bezpečí a sounáležitost ve společnosti. Déletrvající narušení dodávky elektřiny ale způsobí sociální nepokoje, a pokud mimořádná situace trvá déle než pět dní, nastává dezintegrace společnosti. Vláda vyhlašuje výjimečný stav.

Příklady známých blackoutů

Jednou z příčin výpadku energie v roce 2004 v Řecku bylo omezení prostředků na údržbu soustavy v důsledku velkých investic do olympiády.

Ve Švédsku bylo v roce 2003 jednou z příčin odstavení jaderné elektrárny Barseback, které mělo politické důvody.

V Itálii v roce 2003 výpadek způsobila bouřka, která vyřadila linku mezi Švýcarskem a Itálií. Státní společnost ENEL ztratila kontrolu nad situací během čtyř sekund. Tisíce lidí zůstaly ve vlacích a v metru, letecká doprava byla zrušena.

Mediálně nejznámější blackout v USA a Kanadě v roce 2003 začal pádem několika stromů na linku velmi vysokého napětí. Tuto událost operátoři nezvládli a došlo k dominovému šíření poruchy. V koncovém stavu bylo od sítě odpojeno 256 energetických zdrojů. Došlo k poruchám v zásobování vodou, zkolabovala železniční i letecká doprava, telefonní síť, internet. Jen v New Yorku bylo zaznamenáno 3 000 požárů (od svíček). Nejvíce úmrtí vzniklo při dopravních nehodách (nefungovala světelná signalizace) a pádem zlodějů, rabujících v opuštěných domech, ze střechy nebo okenní římsy. Došlo také k úmrtí v důsledku nadýchání zplodinami z provozu elektrocentrál.

Nejvážnější následky měl blackout v Aucklandu. Zasáhl sice „jenom“ necelý milion obyvatel, s jeho důsledky se ale město nevyrovnalo dodnes. Zpočátku jednoduchá porucha na vysokonapěťovém kabelu vyvolala řetězec dalších poruch na kabelech. Po každé opravě kabelu a následném připojení napětí došlo k závadě na dalších místech. Tento stav, kdy obchodní centrum města bylo zcela mimo provoz, trval pět týdnů! Denně nouzové agregáty spotřebovaly 1 milion litrů nafty. Za tu dobu opustila město nejen velká část obyvatel, ale také banky, univerzity, významné firmy... Drobným podnikatelům stát doporučil ohlásit bankrot a po zklidnění situace začít znovu.

Jak napravit blackout

Jak se po blackoutu elektřina „nahodí“ zpět? Zatopí se pod kotlem nebo pustí voda a rozjede se nějaká turbína? Tak jednoduché to není. Elektrárenské generátory mají budiče na elektrický pohon a chybí-li jim v dané chvíli elektřina pro vlastní spotřebu, elektřinu nevyrobí, i když se bude turbína točit. Totální rozpad soustavy si vynutí odstavení generátorů z provozu. Obnova provozu soustavy pak závisí na těch energetických zdrojích, které mají pro svůj start zajištěno napájení vlastní spotřeby z nezávislého zdroje. Taková zařízení mají certifikaci pro tzv. podpůrnou službu „start ze tmy“ (Black Start).

Příklad obnovy napájení

Certifikaci na poskytování podpůrné služby „start ze tmy“ má např. vodní elektrárna Orlík. Spolupráci by jí v daném případě poskytla bezobslužná vodní elektrárna Kamýk. Pokud by došlo k rozpadu sítě ČR a ztrátě možnosti obnovit dodávku energie ze soustav okolních států, je na vyžádání dispečera Ústředního dispečinku ČEPS (provozovatele české přenosové soustavy) podáno napětí z elektrárny Orlík na vytipované klasické elektrárny – v tomto případě Elektrárnu Chvaletice nebo Počerady. Elektrárny by pak dokázaly najet, přifázovat své turbogenerátory a pomoci tak obnovit provoz přenosové soustavy ČR. ("Podání napětí" je odborný termín, fyzikálně správný, budeme jej v článku dodržovat tak, jak je uváděn v materiálech ČEPS. Lidově bychom asi spíš řekli "dodání elektrického proudu".)

Při rozpadu sítě a stavu blackoutu reaguje automatika na vodní elektrárně Kamýk tak, že když nelze zajistit napájení z externí sítě, vydá povel ke startu dieselagregátu. Ten zajistí napětí pro vlastní spotřebu elektrárny. Poté dispečer vodních elektráren (ve Štěchovicích) vydá povel pro najetí jednoho ze čtyř soustrojí elektrárny Kamýk. Po roztočení turbogenerátoru a podání napětí do rozvodny elektrárny Kamýk (10 kV) je možné podat napětí po 10kV kabelech i na Orlík. Obsluha Orlíku poté vydá povel na obnovení vlastní spotřeby z Kamýka a na požadavek dispečera také roztočí jeden orlický turbogenerátor (91 MW) v režimu „start ze tmy“. Po uvedení tohoto stroje do provozu je podáno napětí do rozvodny Milín a dále až na vlastní spotřebu uhelné elektrárny Chvaletice nebo Počerady. Služba musí být podle Kodexu ČEPS poskytnuta od požadavku dispečera ČEPS do 30 minut.

Elektrárna Kamýk je bezobslužná a celý proces je plně automatizovaný. Zásah operátora nevyžadují ani následné kroky. Certifikaci této podpůrné služby má Orlík od dubna 2008. Cvičně se prakticky odzkoušelo i podání napětí přes vyčleněné linky 220 kV a 110 kV na vlastní spotřebu elektrárny Chvaletice; ta pak následně roztočila své pomocné pohony potřebné k najetí bloku.

Certifikaci pro Black Start mají i některé další elektrárny, např. vodní elektrárna Dalešice ve spolupráci s malou vodní elektrárnou Mohelno. V případě nouze by podávaly napětí k najetí Dukovan.

Grayout – soustava ČR na pokraji blackoutu

Na pokraji blackoutu byla i energetika v České republice, když 24. července 2006 Česká přenosová, a. s., vyhlásila nouzový stav. Nešlo o typický blackout ve smyslu fatálního dopadu na odběratele – žádné domácnosti v ČR nebyla dodávka elektřiny přerušena. Vlivem vyhlášených regulačních stupňů však velcí spotřebitelé museli omezit odběr. Dispečink ČEPS ten den řešil více než tisíc tísňových volání. V důsledku přetížení sítě v sousedních státech se změnil objem toku energie v ČR jak v severojižním směru, tak i od východu na západ. Stalo se to v červenci, kdy průměrná denní teplota byla 27 °C a v 9 hodin ráno byla teplota již 33 °C. Zatížení sítě bylo o 500 MW vyšší, než je v tomto čase obvyklé. Několik týdnů předtím, 20. května 2006, zdemolovala vichřice vedení 400 kV mezi rozvodnou Hradec a německým Etzenrichtem. Toto vedení rychle nahradila provizorní linka a začala oprava. Shodou okolností právě 24. července probíhalo přepojování z provizorního vedení na původní, již opravené. Z důvodů jiných oprav a revizí byly vypnuty další čtyři přenosové trasy na území ČR. Po 8. hodině ráno došlo k nečekanému vypnutí rozvodny Diviča ve Slovinsku (důsledek požáru v blízkosti rozvodny) a k následnému navýšení odběru z ČR do Rakouska. To vedlo k přetížení a vypnutí jednoho z 400kV vedení rozvodny Hradec. Dominovým efektem pak následovaly další výpadky a část sítě ČR tak přešla do tzv. ostrovního provozu. Ten však byl značně nesymetrický – zůstala v něm velká část zdrojů a vykazoval přebytek výkonu 1 500 MW. Stejný rozdíl byl ve zbývající části soustavy, ale naopak deficitní. Přesto se podařilo systém zregulovat a asi po hodině soustavu ČR opět spojit. Další dva výpadky, způsobené požárem vazební tlumivky v rozvodně Čechy střed a kontakt vedení se stromem v důsledku velkého průhybu, způsobily okolo poledne opět zavedení ostrovního provozu, tentokrát s diferencí výkonu 2 400 MW. Zvládnout tento stav se podařilo pouze po odpojení některých elektrárenských bloků. Ve 14.00 h byl vyhlášen stav nouze, ale síť se odlehčila pouze o 600 MW. Ještě ve 14.45 h vznikl další ostrovní provoz. Situace se začala stabilizovat po snížení odběru a stav nouze skočil ve 23.00 h. (Ostrovním provozem nazýváme obecně takovou soustavu výroby, rozvodu a využití elektrické energie, která není připojena k okolní (celostátní) rozvodné síti.)

Blackout na severovýchodě USA a jihovýchodě Kanady

14. srpna v roce 2003 postihl blackout východ Spojených států a část Kanady. Začal ve 4.10 h ráno, když se v oblasti vypnulo během pouhých tří minut všech 21 elektráren. Padesát milionů lidí, včetně obyvatel New Yorku, Clevelandu, Detroitu, Toronta a Ottawy, se ocitlo bez elektrického proudu. Přestože energetické společnosti dokázaly služby částečně do pouhých dvou hodin obnovit, většina oblasti zůstala vypnuta po dobu delší než jeden den. Blackout zastavil vlaky a výtahy, narušilo se vše – od mobilní telefonní služby přes operace v nemocnicích až po provoz na letištích. V New Yorku museli být cestující evakuováni ze zastavených vlaků metra, v jednom zábavním parku dokonce z horské dráhy. Majitelé malých firem ztratili drahé zásoby z mrazáků a chladicích boxů. Ztráta napájení elektrických vodních čerpadel přerušila dodávku vody v mnoha oblastech, zastavilo se i čerpání splašků. New Yorská burza mohla pokračovat v obchodování díky jen díky záložním generátorům. Úřady brzy uklidnily obavy Američanů, že nešlo o teroristický útok; zpočátku však nebyly schopny určit příčinu výpadku. Američtí a kanadští představitelé se obviňovali navzájem, zatímco politici využili příležitosti a poukazovali na hlavní nedostatky v zastaralé rozvodné síti. Příčinu problému zjistilo teprve vyšetřování společné americko-kanadské pracovní skupiny. Byl jí pád stromu na elektrické vedení distribuční společnosti First Energy Corporation v Ohiu. Přetržení vedení vedlo k řetězové reakci dalších výpadků. First Energy byla kritizována za špatnou údržbu linky, konkrétně za nevyřezávání rizikových stromů v oblasti vedení. Navzdory obavám z rabování bylo v průběhu blackoutu kupodivu zaznamenáno jen velmi málo zločinů. V New Yorku dokonce méně, než je obvyklý průměr. V některých místech si dokonce občané navzájem pomáhali zmírnit dopady výpadku, nebo i řídili dopravu v místech nefunkčních semaforů. V samotném New Yorku se odhaduje, že výpadek znamenal náklady více než 500 milionů dolarů. Zlí jazykové tvrdí, že devět měsíců po blackoutu v oblasti nápadně stoupla porodnost.

4. 11. 2006 Evropa

Výpadek napájení v německé elektrizační soustavě provozované společností E.On způsobil výpadky proudu v celé západní Evropě, zbavil elektřiny miliony domácností, přerušil železniční dopravu a uvedl do rizika provoz nemocnic a letišť. Ve Francii postihl asi pět milionů domácností a znamenal tak největší výpadek od roku 1978. Dalších asi deset milionů domácností bylo zasaženo v Belgii, Německu, Itálii, Portugalsku, Španělsku a východní Evropě. Poškození přenosové sítě v Německu vedlo prostřednictvím dominového efektu k největšímu celoevropskému energetickému kolapsu za posledních 30 let. Výpadek proudu měla na svědomí loď, která svým stěžněm přerušila vedení vysokého napětí přes řeku Ems v severozápadním Německu. Světla zhasla v mnoha regionech Evropy v 10.10 h, dodávka byla obnovena již v 11 hodin. Letiště Kolín-Bonn se muselo spolehnout na nouzový generátor a v německém železničním systému uvízlo nejméně 100 vlaků s více než 1 000 lidí. Ve Francii výpadek proudu zastavil asi na půl hodiny desítku vysokorychlostních vlaků TGV. Výpadek proudu také ovlivnil Rakousko, Chorvatsko a Nizozemsko.

Indie, červenec 2012

První blackout začal 30. července 2012 v 02.32 h. Z hodnoty frekvence před rozpadem sítě 49,68 Hz lze usuzovat na deficit výroby, zejména na severu. Došlo k výpadku celé sítě SEVER s výjimkou tří bloků Badarpur zásobujících část Dillí (cca 250 MW), bloku Narora (cca 100 MW) a části Radžastánu (cca 100 MW). Provozovatelé sítí se snažili obnovit železniční dopravu a udržet aglomeraci Dillí, a proto navýšili dodávky z regionů VÝCHOD a ZÁPAD. Blackout postihl v osmi indických státech zhruba 370 milionů lidí.

Druhý blackout následoval 31. července v 12.57 h. Síť SEVER ještě pravděpodobně nebyla po předchozím výpadku z minulého dne plně stabilizovaná a došlo k výpadku sítí SEVER, VÝCHOD a SEVEROVÝCHOD. Udržela se celá síť ZÁPAD, část Dillí a některé další dílčí sítě. V 15.30 h se podařilo zajistit napájení železnice a metra v Dillí. Předpokládá se, že výpadek postihl zhruba 670 milionů lidí ve 20 státech. Konkrétní technické příčiny nejsou příliš jasné. Všeobecně se předpokládá, že zásadní příčinou výpadku je deficit mezi výrobou a dynamicky rostoucí spotřebou, který umocnily nepříznivé klimatické podmínky.

Sezónu charakterizoval pomalý nástup monzunových dešťů, což na jedné straně udržovalo na pevnině vysoké teploty spojené se zvýšenými nároky na užívání klimatizace a na straně druhé znamenalo méně vydatné srážky spojené se snížením výroby v hydroelektrárnách. Současně došlo ke zvýšenému užívání čerpadel milionů indických farmářů.

V Indii jde o opakující se jev, takže infrastruktura vykazuje vůči rozsáhlým a dlouhodobým výpadkům elektrického napájení poměrně vysokou odolnost. Rovněž obyvatelstvo není zcela vyvedeno z míry tak, jako je tomu v Evropě či USA. Část indického obyvatelstva navíc nemá dodnes přístup k elektřině. Velké průmyslové podniky mají k dispozici vlastní elektrárny, popř. velké  dieselgenerátorové stanice, které jim umožní převést výrobu do technologicky bezpečného stavu a škodu minimalizovat. Záložní zdroje napájení mají i úřady, policejní stanice, nemocnice, hotely a banky. Indická vláda bere blackouty velmi vážně, protože nespolehlivost dodávek elektřiny může velmi negativně ovlivnit ekonomický růst země a z politického hlediska by to nebylo poprvé, kdy by potíže v elektroenergetice iniciovaly události směřující v konečném důsledku k pádu vlády. Intenzivně proto staví nové elektrárny – např. sedm jaderných – a výstavbu dalších 18 plánuje.

Některé z velkých blackoutů

• 20. února 1998 – Auckland, Nový Zéland; pět týdnů, asi 700 tisíc obyvatel bez proudu
• 14. srpna 2003 – severovýchod USA a Kanada; dva dny, 55 miliónů obyvatel bez proudu, nejméně 11 obětí
• 23. září 2003 – Dánsko a Švédsko; dvě hodiny, 5 miliónů obyvatel bez proudu
• 28. září 2003 – Itálie; dvanáct hodin, 55 miliónů obyvatel bez proudu
• 12. července 2004 – Řecko; dvanáct hodin, nejméně 5 miliónů obyvatel bez proudu
• 18. srpna 2005 – Bali, Indonésie; sedm hodin, 100 miliónů obyvatel bez proudu
• 24. července 2006 – Česko, řetězec různých příčin, nastal grayout, tj. omezení velkoodběratelů a energetických zdrojů, část sítě v ostrovním režimu, ohroženo bylo 10 miliónů obyvatel
• 27. dubna 2007 – Kolumbie; několik hodin, celá země bez proudu
• 8. září 2011 – USA a Mexiko; několik hodin, 5 miliónů obyvatel bez proudu
• 30. a 31. července 2012 – Indie, několik hodin, 370, resp. 670 milionů lidí.