Když síť nesmí selhat. Ani když vypadne to největší, co má.
Ranní #rychlovlákno 1/x
Pravidlo N-1 je jedno z těch tichých pravidel, na kterých stojí civilizace. Nezajímá bulvár, nevyhrává volby, nedostává granty. A přesto je to právě ono, co každý den drží pohromadě evropskou elektroenergetickou síť, která zásobuje stovky milionů lidí.
Zní to jednoduše: Síť musí být schopna přežít výpadek jakéhokoliv jednoho klíčového prvku – bez porušení provozních parametrů.
To znamená: žádné přetížení, žádná nestabilita, žádný blackout. Výpadek nesmí „nakazit“ zbytek sítě. Jinak hrozí dominový efekt.
A právě to je pravidlo N-1: Nezáleží, co vypadne. Ale síť to musí vydržet.
Co všechno se tím myslí? Třeba výpadek:
- jaderného bloku
- vedení 400 kV přes hranice
- transformátoru mezi napěťovými hladinami,
- velké plynové elektrárny ve špičce,
- nebo jiného prvku, který označíme N
A jak ověřujeme, že tohle pravidlo platí? Ve světě o kterém se tu bavíme se tomu říká kontingenční analýza: simuluj výpadek a ověř, že síť zůstane v bezpečných mezích. Jenže to je jen začátek…
iea.org/reports/streng…
Ranní #rychlovlákno 1/x
Pravidlo N-1 je jedno z těch tichých pravidel, na kterých stojí civilizace. Nezajímá bulvár, nevyhrává volby, nedostává granty. A přesto je to právě ono, co každý den drží pohromadě evropskou elektroenergetickou síť, která zásobuje stovky milionů lidí.
Zní to jednoduše: Síť musí být schopna přežít výpadek jakéhokoliv jednoho klíčového prvku – bez porušení provozních parametrů.
To znamená: žádné přetížení, žádná nestabilita, žádný blackout. Výpadek nesmí „nakazit“ zbytek sítě. Jinak hrozí dominový efekt.
A právě to je pravidlo N-1: Nezáleží, co vypadne. Ale síť to musí vydržet.
Co všechno se tím myslí? Třeba výpadek:
- jaderného bloku
- vedení 400 kV přes hranice
- transformátoru mezi napěťovými hladinami,
- velké plynové elektrárny ve špičce,
- nebo jiného prvku, který označíme N
A jak ověřujeme, že tohle pravidlo platí? Ve světě o kterém se tu bavíme se tomu říká kontingenční analýza: simuluj výpadek a ověř, že síť zůstane v bezpečných mezích. Jenže to je jen začátek…
iea.org/reports/streng…
2/x N-1 kdysi: Počítej si to sám. Každý za svou síť.
Ještě před 15–20 lety bylo všechno jednodušší. Síť byla národní. Trhy byly národní. A odpovědnost byla taky národní.
Každý provozovatel přenosové soustavy si počítal N-1 sám:
•Měl přehled o plánovaných odstávkách,
•znal výrobní portfolio,
•měl předpověď spotřeby a počasí,
•a uměl simulovat poruchy.
Dispečer nebo plánovač si tedy vzal model sítě, „vypnul“ trafo, vedení nebo blok, a sledoval, co to udělá s tokem. Pokud někde hrozilo přetížení, musel situaci řešit – třeba přeplánovat výrobu nebo omezit exporty.
Problém? Takový model je slepý za hranice.
Proud v Evropě nezná národy, jazyk ani vyhlášky a předpisy. Elektřina teče tam, kde je nejnižší odpor sítě. A může se klidně stát, že Němci vypnou vedení a síť v Česku se přetíží. Nebo že Francouzi pošlou víc do Itálie, ale to „proleze“ přes nás.
Takových incidentů začalo přibývat. A ukázalo se, že svět národních N-1 modelů je archaický.
Ještě před 15–20 lety bylo všechno jednodušší. Síť byla národní. Trhy byly národní. A odpovědnost byla taky národní.
Každý provozovatel přenosové soustavy si počítal N-1 sám:
•Měl přehled o plánovaných odstávkách,
•znal výrobní portfolio,
•měl předpověď spotřeby a počasí,
•a uměl simulovat poruchy.
Dispečer nebo plánovač si tedy vzal model sítě, „vypnul“ trafo, vedení nebo blok, a sledoval, co to udělá s tokem. Pokud někde hrozilo přetížení, musel situaci řešit – třeba přeplánovat výrobu nebo omezit exporty.
Problém? Takový model je slepý za hranice.
Proud v Evropě nezná národy, jazyk ani vyhlášky a předpisy. Elektřina teče tam, kde je nejnižší odpor sítě. A může se klidně stát, že Němci vypnou vedení a síť v Česku se přetíží. Nebo že Francouzi pošlou víc do Itálie, ale to „proleze“ přes nás.
Takových incidentů začalo přibývat. A ukázalo se, že svět národních N-1 modelů je archaický.
3/ vymyšlený příklad z praxe: Když výpadek v Hamburku přetíží trafo v Horní Dolní
Udělejme si praktický scénář. V severním Německu fouká silný vítr – větrníky chrlí proud v gigawattech. Elektřina míří do Bavorska. Jenže trasa přes vnitřní vedení Německa je slabá, a tak proud raději „teče“ přes Polsko a Česko.
A teď si představ, že TSO v Německu plánuje odstávku jednoho vedení u Hamburku, protože je potřeba výměna izolátorů. Podle jejich modelu N-1 to sedí – žádné přetížení v jejich síti.
Jenže nezapočítali, co to udělá v Česku – například přesmyk toků a přetížení transformátoru v Horní Dolní, který není dimenzován na tak vysokou zátěž zvenku. A přitom my jsme to v našem modelu taky neviděli, protože nevíme, co plánují Němci, Poláci nebo Rakušané.
Jediné řešení? Koordinace. Sdílení dat, modelů a výpočtů. A právě z toho důvodu vznikl RSC – Regionální bezpečnostní koordinátor.
Udělejme si praktický scénář. V severním Německu fouká silný vítr – větrníky chrlí proud v gigawattech. Elektřina míří do Bavorska. Jenže trasa přes vnitřní vedení Německa je slabá, a tak proud raději „teče“ přes Polsko a Česko.
A teď si představ, že TSO v Německu plánuje odstávku jednoho vedení u Hamburku, protože je potřeba výměna izolátorů. Podle jejich modelu N-1 to sedí – žádné přetížení v jejich síti.
Jenže nezapočítali, co to udělá v Česku – například přesmyk toků a přetížení transformátoru v Horní Dolní, který není dimenzován na tak vysokou zátěž zvenku. A přitom my jsme to v našem modelu taky neviděli, protože nevíme, co plánují Němci, Poláci nebo Rakušané.
Jediné řešení? Koordinace. Sdílení dat, modelů a výpočtů. A právě z toho důvodu vznikl RSC – Regionální bezpečnostní koordinátor.
4/x RSC: Koordinované mozky přenosových soustav
V EU dnes funguje 5 RSC – mezi nimi TSCNET v Mnichově (a Češi jim dodávají software) kam posílá data i ČEPS. Každý den sbírají:
•topologii sítě všech připojených TSO (vč. plánovaných odstávek),
•výrobní diagramy,
•očekávanou spotřebu (forecast),
•informace o obnovitelných zdrojích,
•a další provozní parametry.
Tyto data se sloučí do tzv. Common Grid Model (CGM) – jakýsi „Google Maps“ celé regionální sítě. Ten se počítá v několika časových horizontech (den předem, hodinu předem, 15 minut předem), a slouží jako podklad pro koordinovanou bezpečnostní analýzu.
A právě tady se testuje N-1 v nové éře: n-1 každého prvku každého státu a každé konfigurace.
Simulují se stovky až tisíce výpadků – a jejich dopady na celý region.
RSC neřídí provoz – ale hlásí varování, pokud by nějaký výpadek způsobil poruchu jinde. Dispečeři TSO pak musí jednat: redispečink, omezení obchodních kapacit, přeladění zdrojů. Ideálně ještě předtím, než problém nastane.
V EU dnes funguje 5 RSC – mezi nimi TSCNET v Mnichově (a Češi jim dodávají software) kam posílá data i ČEPS. Každý den sbírají:
•topologii sítě všech připojených TSO (vč. plánovaných odstávek),
•výrobní diagramy,
•očekávanou spotřebu (forecast),
•informace o obnovitelných zdrojích,
•a další provozní parametry.
Tyto data se sloučí do tzv. Common Grid Model (CGM) – jakýsi „Google Maps“ celé regionální sítě. Ten se počítá v několika časových horizontech (den předem, hodinu předem, 15 minut předem), a slouží jako podklad pro koordinovanou bezpečnostní analýzu.
A právě tady se testuje N-1 v nové éře: n-1 každého prvku každého státu a každé konfigurace.
Simulují se stovky až tisíce výpadků – a jejich dopady na celý region.
RSC neřídí provoz – ale hlásí varování, pokud by nějaký výpadek způsobil poruchu jinde. Dispečeři TSO pak musí jednat: redispečink, omezení obchodních kapacit, přeladění zdrojů. Ideálně ještě předtím, než problém nastane.
5/x Nové výzvy: N-1 už nestačí. Přichází N-1-1 a dynamické modely.
Evropská síť se mění.
Fosilní zdroje mizí, přibývají OZE. Výroba je proměnlivá, decentralizovaná, někdy i nepredikovatelná. A síť se často dostává na hranici svých fyzických možností.
Proto přichází i nové přístupy:
•N-1-1: simulace dvou výpadků v sérii (např. výpadek + neúspěšná náprava),
•Probabilistické hodnocení: ne všechny poruchy jsou stejně pravděpodobné – tak proč je vážit stejně?
•Dynamické simulace: nestačí proudy, musí se sledovat i časové reakce (setrvačnost, reakce frekvence, synchronizace).
A do toho všeho obchodní trh, který generuje nominace na základě ceny – a fyzika pak musí tyto přenosy skutečně zvládnout.
Výsledkem je paradox:
Evropa je stále více propojena trhem, ale musí být stále precizněji řízena sítí. A pravidlo N-1 je základní pojistkou, že tenhle systém nespadne jako domino.
Evropská síť se mění.
Fosilní zdroje mizí, přibývají OZE. Výroba je proměnlivá, decentralizovaná, někdy i nepredikovatelná. A síť se často dostává na hranici svých fyzických možností.
Proto přichází i nové přístupy:
•N-1-1: simulace dvou výpadků v sérii (např. výpadek + neúspěšná náprava),
•Probabilistické hodnocení: ne všechny poruchy jsou stejně pravděpodobné – tak proč je vážit stejně?
•Dynamické simulace: nestačí proudy, musí se sledovat i časové reakce (setrvačnost, reakce frekvence, synchronizace).
A do toho všeho obchodní trh, který generuje nominace na základě ceny – a fyzika pak musí tyto přenosy skutečně zvládnout.
Výsledkem je paradox:
Evropa je stále více propojena trhem, ale musí být stále precizněji řízena sítí. A pravidlo N-1 je základní pojistkou, že tenhle systém nespadne jako domino.
6/x Setrvačnost: Skrytý tlumič výkyvů. A proč s OZE mizí?
Než to ukončíme, tak si ještě na chvilku odskočme k setrvačnosti a podpůrkám.
Představ si síť jako těžký parní vlak jedoucí 50 km/h. Když jeden vagón vypadne – třeba shoří turbína – vlak jede dál. Zpomalí, ale drží směr i rychlost díky své hmotnosti a setrvačnosti.
V elektroenergetice je to podobné. Tradiční elektrárny (uhelné, plynové, jaderné) mají otáčející se rotory, které drží frekvenci sítě – typicky 50 Hz. Pokud dojde k výpadku zdroje nebo náhlé změně spotřeby, setrvačnost generátorů brzdí pád frekvence. Systém má čas reagovat.
Jenže…
Solární panely žádné otáčející se části nemají. Větrné turbíny jsou sice rotační, ale často odpojené přes střídače, a tím oddělené od přímé frekvenční odezvy.
Výsledek? Méně setrvačnosti, prudší reakce, vyšší riziko nestability.
Než to ukončíme, tak si ještě na chvilku odskočme k setrvačnosti a podpůrkám.
Představ si síť jako těžký parní vlak jedoucí 50 km/h. Když jeden vagón vypadne – třeba shoří turbína – vlak jede dál. Zpomalí, ale drží směr i rychlost díky své hmotnosti a setrvačnosti.
V elektroenergetice je to podobné. Tradiční elektrárny (uhelné, plynové, jaderné) mají otáčející se rotory, které drží frekvenci sítě – typicky 50 Hz. Pokud dojde k výpadku zdroje nebo náhlé změně spotřeby, setrvačnost generátorů brzdí pád frekvence. Systém má čas reagovat.
Jenže…
Solární panely žádné otáčející se části nemají. Větrné turbíny jsou sice rotační, ale často odpojené přes střídače, a tím oddělené od přímé frekvenční odezvy.
Výsledek? Méně setrvačnosti, prudší reakce, vyšší riziko nestability.
7/x Co se děje při výpadku bez dostatečné setrvačnosti?
Frekvence sítě je jako tep: normálně držíme 50 Hz. Když vypadne zdroj 1000 MW (třeba Temelín), zátěž zůstává stejná, ale nabídka klesne. Frekvence začne padat.
S dostatkem setrvačnosti klesá pomalou křivkou, dispečeři mají několik sekund na zásah. Můžou naskočit automatické služby:
•FCR (Frequency Containment Reserve) do 1–2 sekund,
•aFRR do 5 minut.
Ale pokud setrvačnost chybí, frekvence padá rychleji. Třeba na 49,5 Hz během pár sekund. Pokud klesne pod 48,8 Hz, začne se odpojovat zátěž automaticky – a síť jde do tzv. podfrekvenčního oddělení. První krok k blackoutu.
A právě tohle je problém v sítích s vysokým podílem OZE. Ne že by větrníky nebo soláry byly zlé. Ale nedodávají fyzikální oporu. Jsou jako balóny v loďce – skvělé, dokud je klid. Ale když přijde bouře, potřebuješ zátěž dole – tedy rotující hmotu.
Frekvence sítě je jako tep: normálně držíme 50 Hz. Když vypadne zdroj 1000 MW (třeba Temelín), zátěž zůstává stejná, ale nabídka klesne. Frekvence začne padat.
S dostatkem setrvačnosti klesá pomalou křivkou, dispečeři mají několik sekund na zásah. Můžou naskočit automatické služby:
•FCR (Frequency Containment Reserve) do 1–2 sekund,
•aFRR do 5 minut.
Ale pokud setrvačnost chybí, frekvence padá rychleji. Třeba na 49,5 Hz během pár sekund. Pokud klesne pod 48,8 Hz, začne se odpojovat zátěž automaticky – a síť jde do tzv. podfrekvenčního oddělení. První krok k blackoutu.
A právě tohle je problém v sítích s vysokým podílem OZE. Ne že by větrníky nebo soláry byly zlé. Ale nedodávají fyzikální oporu. Jsou jako balóny v loďce – skvělé, dokud je klid. Ale když přijde bouře, potřebuješ zátěž dole – tedy rotující hmotu.
8/x Co se s tím dá dělat? Fyziku neoblafneš, ale můžeš jí pomoct
Evropa se učí síť řídit i bez setrvačnosti. Jak?
🧱 Virtuální setrvačnost (synthetic inertia): některé střídače umí napodobit chování rotorů. Sledují pokles frekvence a na milisekundové úrovni dodají výkon.
🔋 Baterie s rychlou odezvou: lithium-iontové akumulátory dokážou reagovat do 200 ms – rychleji než jakákoliv turbína. Můžou stabilizovat frekvenci i při absenci setrvačnosti.
🌍 Lepší koordinace přes RSC a ENTSO-E: výpočet N-1 už dnes zahrnuje i tzv. Rate of Change of Frequency (RoCoF) – tedy jak rychle frekvence padá po výpadku. A sleduje se, kde je síť nejzranitelnější.
🏭 Zachování minimálního „tvrdého jádra“: některé státy si nechávají v provozu velké rotační zdroje právě kvůli setrvačnosti, i když ekonomicky nedávají smysl.
Evropa se učí síť řídit i bez setrvačnosti. Jak?
🧱 Virtuální setrvačnost (synthetic inertia): některé střídače umí napodobit chování rotorů. Sledují pokles frekvence a na milisekundové úrovni dodají výkon.
🔋 Baterie s rychlou odezvou: lithium-iontové akumulátory dokážou reagovat do 200 ms – rychleji než jakákoliv turbína. Můžou stabilizovat frekvenci i při absenci setrvačnosti.
🌍 Lepší koordinace přes RSC a ENTSO-E: výpočet N-1 už dnes zahrnuje i tzv. Rate of Change of Frequency (RoCoF) – tedy jak rychle frekvence padá po výpadku. A sleduje se, kde je síť nejzranitelnější.
🏭 Zachování minimálního „tvrdého jádra“: některé státy si nechávají v provozu velké rotační zdroje právě kvůli setrvačnosti, i když ekonomicky nedávají smysl.
9/x Dnes už se neptáme jen „vydrží to?“ Ale: „Jak rychle to spadne?“
A tady se vracíme zpět k pravidlu N-1. V minulosti stačilo, když síť „nějak ustála“ výpadek. Dnes se modeluje:
•časový průběh poklesu frekvence (RoCoF),
•kdo a jak rychle může reagovat (baterie, FCR),
•jak se změní napětí v uzlech (OZE jsou citlivější na kolísání),
•co to udělá se zbytkem sítě (např. zpětné přetížení na jiném místě).
N-1 je tedy dnes víc než jen topologická kontrola. Je to:
„Dokáže celá síť fyzicky a časově absorbovat výpadek jednoho prvku – i když tam není žádný velký otáčivý stroj?“
A to je zcela nová disciplína. Někdy tomu říkáme „inertia-aware security assessment“.
eepublicdownloads.entsoe.eu/clean-document…
A tady se vracíme zpět k pravidlu N-1. V minulosti stačilo, když síť „nějak ustála“ výpadek. Dnes se modeluje:
•časový průběh poklesu frekvence (RoCoF),
•kdo a jak rychle může reagovat (baterie, FCR),
•jak se změní napětí v uzlech (OZE jsou citlivější na kolísání),
•co to udělá se zbytkem sítě (např. zpětné přetížení na jiném místě).
N-1 je tedy dnes víc než jen topologická kontrola. Je to:
„Dokáže celá síť fyzicky a časově absorbovat výpadek jednoho prvku – i když tam není žádný velký otáčivý stroj?“
A to je zcela nová disciplína. Někdy tomu říkáme „inertia-aware security assessment“.
eepublicdownloads.entsoe.eu/clean-document…
A to je konec. Kdo chcete, tak mi dejte lajk a nebo mi přispějte na nový kolo :) @Jan_Kroha mě pak může titulovat #jiny
buymeacoffee.com/kvbahnhof
buymeacoffee.com/kvbahnhof
• • •
Missing some Tweet in this thread? You can try to
force a refresh
