Hitro rastoča sončna energija v Evropi potiska električna omrežja do roba zmogljivosti

Ko so pred približno desetimi leti uvedli sistem zgodnjega opozarjanja, ki operaterjem po vsej Evropi sporoča motnje v elektroenergetskem omrežju, so zemljevidi na zaslonih večinoma žareli v zeleni barvi – stabilno, brez prekinitev.

Danes so ti zemljevidi vse pogosteje obarvani rumeno, rdeče ali celo črno – barvo popolnega izpada elektrike. Ta običajni "semafor" v realnem času prikazuje, kako se uspeh sončne energije – s približno štirimi novimi paneli, nameščenimi nekje v Evropi vsako sekundo – spopada z omejitvami omrežja, zgrajenega v času, ko obnovljivi viri še niso bili v središču proizvodnje električne energije.

Razmere postajajo vse težje obvladljive, operaterji pa opozarjajo, da nimajo orodij, potrebnih za uravnavanje učinkov sončne energije, kažejo pogovori z več evropskimi upravljavci omrežij. Napačna poteza ali zamuda pri odzivu lahko imata resne posledice – od ugašanja luči do popolnih izpadov elektrike.

"Hitrost sprememb je neverjetna," pravi Jan Vorrink, ki je več kot desetletje vodil nadzorno sobo nizozemskega omrežja. "Naglo širjenje sončne energije potiska sistem do njegovih meja."

Sončne elektrarne rastejo hitreje, kot je pričakovala tudi sama industrija. Po podatkih BloombergNEF je Evropa leta 2020 namestila 23 gigavatov sončne energije. Od takrat vsako leto postavi nov rekord, letos pa naj bi dodala še 69,2 gigavata – kar pomeni, da se je zmogljivost v zadnjem desetletju več kot početverila.

Do konca desetletja naj bi sončna energija postala največji zeleni vir energije na svetu, ocenjuje Mednarodna agencija za energijo (IEA). Sprememba je še posebej izrazita v Evropi, kjer so države pospešile gradnjo sončnih elektrarn, da bi se odmaknile od dragih uvozov zemeljskega plina in izpolnile obljubo s konference COP28 o potrojitvi globalnih zmogljivosti obnovljivih virov do leta 2030 – kar je ključno za dosego cilja Pariškega sporazuma o omejitvi segrevanja na 1,5 °C.

Ocenjuje se, da bodo evropske države do konca desetletja dodale 265 gigavatov novih kapacitet. Foto: Bloomberg

Vorrink danes dela na zasnovi nadzorne sobe, prilagojene prihodnosti, a več let je bil v prvih vrstah podjetja Tennet Holding BV. Ko je leta 2009 zasedel mesto vodje, je bila nadzorna soba mirno in tiho delovno okolje. Alarm se je sprožil redko – če sploh. Danes se, kot pravi, aktivira pogosto, ko napetost naraste in se omrežje preobremeni. Celoten sistem je raztegnjen skoraj do svojih skrajnih meja.

"Še vedno lahko vse držimo pod nadzorom, a ni enostavno," pravi Vorrink.

Vprašanje, pred katerim zdaj stoji Evropa, je, ali lahko dovolj hitro posodobi svoja omrežja, da prepreči nov veliki izpad elektrike. Kaotičen prehod bi šel na roko političnim tokovom po svetu, ki trdijo, da bo cilj podnebne nevtralnosti uničil podjetja in še dodatno podražil energijo.

Neurejen prehod

Priljubljenost sončne energije je naglo narasla, saj so cene panelov dramatično padle. Masovna proizvodnja je od 70. let prejšnjega stoletja znižala stroške za približno 99 odstotkov, kaže raziskava inštituta MIT, objavljena prejšnji mesec.

Zaradi nizkih stroškov vgradnje je sončna energija postala dostopna vsem – od gospodinjstev, ki želijo postaviti nekaj panelov na streho, do velikih sončnih polj, razpetih na stotine hektarjev. A ta skupni učinek pomeni, da omrežje ne more več zlahka uravnavati posledic visokih napetosti, ko se pojavljajo v tako velikem obsegu. Junija je sončna energija prvič postala največji vir električne energije v Evropski uniji, s 22-odstotno rastjo v primerjavi z letom prej, kažejo podatki analitičnega centra Ember.

"Če ima le nekaj hiš v soseski sončne panele, sistem to še prenese, toda ko jih ima skoraj vsak – postane upravljanje veliko težje," pojasnjuje Vorrink iz Tenneta.

Prekinitev oskrbe je prizadela več kot 50 milijonov ljudi v Španiji in na Portugalskem. Foto: Bloomberg

Krhkost evropskega elektroenergetskega omrežja je ponovno prišla v središče pozornosti v začetku meseca, ko je španski operater omrežja zahteval nujne ukrepe za nadzor nenadnih porastov napetosti. Podjetje Red Eléctrica je sporočilo, da je skoke napetosti zaznalo v obdobjih nizke porabe in visoke proizvodnje sončne energije ter opozorilo, da bi to lahko povzročilo verižno izklapljanje – podobno tistemu, ki je letos privedlo do največjega izpada elektrike v Evropi v zadnjih desetletjih. Prekinitev oskrbe je prizadela več kot 50 milijonov ljudi v Španiji in na Portugalskem ter jasno pokazala, kaj je dejansko na kocki.

Sledile so hitre obtožbe na račun sončne energije. Po do zdaj dostopnih podatkih je nenadno izklapljanje velikega števila sončnih elektrarn res prispevalo k porastu napetosti v omrežju, kar je na koncu privedlo do kolapsa sistema. Težava pa še vedno ni odpravljena.

Napetost je električni tlak, ki potiska elektrone iz elektrarn skozi omrežje do porabnikov. Omrežja morajo ostajati stabilna, in če napetost začne odstopati od mej, ki jih določa nadzorna soba, se sprožijo alarmi – znak, da je nekje prišlo do napake.

Težava ni omejena le na Španijo – porasti napetosti so vse pogostejši po vsej Evropi zaradi hitrega širjenja proizvodnje iz obnovljivih virov. V letu 2024 je bil zabeležen rekordnih 8.645 primerov, v katerih je napetost presegla dovoljene evropske meje. To je povečanje za več kot 2.000 odstotkov v primerjavi z letom 2015, ko so bile evidentirane le 34 tovrstne prijave, kažejo podatki Evropskega združenja operaterjev prenosnih elektroenergetskih sistemov (Entso-e). Z drugimi besedami, danes se alarmi sprožajo skoraj vsako uro, medtem ko so jih pred desetletjem zaznali manj kot trikrat na mesec.

Sončne elektrarne rastejo rekordno hitro – v Evropi se vsakih nekaj sekund namestijo štirje novi paneli. Foto: Bloomberg

Tržni pretresi

Naval sončne energije povzroča motnje tudi zunaj vprašanja napetosti. Vse pogosteje se dogaja, da veleprodajne cene električne energije padejo pod ničlo. Ker sončne in vetrne elektrarne nimajo stroškov goriva, njihovi operaterji nimajo velikega motiva za zaustavitev proizvodnje, ko cene padejo. Ko je povpraševanje nizko, proizvodnja iz obnovljivih virov pa visoka, lahko cene postanejo negativne.

Nemčija, največji evropski trg električne energije, ima tudi največje število sončnih in vetrnih elektrarn v regiji – in s tem tudi vse pogosteje negativne cene. Leta 2019 je bilo približno dva odstotka urnih pogodb za dobavo elektrike sklenjenih pod ničelno vrednostjo, lani pa se je ta delež več kot podvojil, na 5,2 odstotka.

Negativne cene so postale pogostejše čez vse leto. Foto: Bloomberg

Na prvi pogled investicijska slika ne deluje spodbudno. Sončne elektrarne, ki elektriko prodajajo neposredno na trgu, morajo plačevati, ko nadaljujejo proizvodnjo v obdobjih negativnih cen. Tudi projekti z zagotovljenimi pogodbami se soočajo z vse manjšimi donosi, saj povpraševanje vztrajno upada. Kljub temu to vlagateljev ne ustavi – trend, ki je upravljavce omrežij ujel nepripravljene, pravi Stefan Kapferer, izvršni direktor podjetja 50Hertz Transmission GmbH, ki upravlja omrežje v severovzhodni Nemčiji.

"Podoben trend opažamo po vsej Evropi: ogromne investicije v sončne kapacitete, medtem ko povpraševanje stagnira," pravi Kapferer iz 50Hertza. "To preprosto nima smisla."

Po Kapfererjevih besedah so se spomladi lani poljski upravljavci elektroenergetskega omrežja nujno obrnili na svoje kolege v Nemčiji. Pričakovalo se je, da bo velika količina sončne energije preobremenila poljski elektroenergetski sistem, zato so oblasti prosile Nemčijo, naj prevzame čim več presežkov, da bi preprečili izpad elektrike.

Enaka situacija se je, pravi Kapferer, ponovila tudi nekaterih koncev tedna v letu 2024. Vsakič je bil presežek energije uspešno preusmerjen, ne da bi to gospodinjstva sploh opazila, vendar Kapferer opozarja, da bi kmalu lahko bile potrebne bolj drastične rešitve, kot so nadzorovani izklopi elektrike.

"Lahko se zgodi, da bomo morali začasno izklopiti oskrbo z električno energijo v posameznih četrtih," je dejal. "To se zdaj še ne dogaja in storimo vse, da tako tudi ostane, vendar če se razvoj nadaljuje s takšnim tempom kot zadnja leta, tveganje postaja vse večje."

Oprema, kot so transformatorji, ki spreminjajo napetost in električno energijo naredijo varno za uporabo, je ključna za delovanje omrežja, vendar jo je težko nadomestiti. Če je preobremenjena s preveliko količino energije, lahko tra

Evropsko elektroenergetsko omrežje je pod pritiskom obnovljivih virov raztegnjeno do skrajnih meja. Foto: Bloomberg

Deli, ki naredijo razliko

Obstaja specializirana oprema, ki lahko pomaga. Sinhroni kompenzator, na primer, vsebuje ogromne kovinske cilindre z rotorji, ki se vrtijo 1.500-krat na minuto in pomagajo stabilizirati omrežje.

Sončne plošče in baterije se zanašajo na napravo, imenovano inverter, ki enosmerni tok pretvarja v izmenični za uporabo v gospodinjstvih. Inverterji lahko tudi prilagajajo in optimizirajo raven napetosti. Ena od možnih rešitev za današnjo nestabilnost omrežja je prilagoditev obstoječih nastavitev inverterjev tako, da sončne elektrarne ob nenadnem porastu napetosti ne izklopijo samodejno – kar je zdaj pogosto –, temveč se na to ustrezno odzovejo.

Čeprav bi naknadna modernizacija starejših sistemov lahko bila zapletena, je mogoče nove sončne in baterijske projekte že od začetka opremiti s pametnejšimi nastavitvami inverterjev, ki pomagajo stabilizirati napetost v omrežju. Jasno je, da bodo za obvladovanje te rastoče težave potrebna nova pravila.

"Potrebujemo proizvodnjo, ki ima možnost nadzora napetosti – bodisi iz konvencionalnih bodisi iz obnovljivih virov," je dejal Damian Cortinas, predsednik upravnega odbora organizacije Entso-e, ob predstavitvi poročila o španskem izpadu elektrike. "Jasno se bomo zavzemali za spremembe v regulativi."

Junija je sončna energija prvič postala največji vir električne energije v Evropski uniji. Foto: Bloomberg

Elektroenergetska omrežja so urejena v petletnih investicijskih ciklih. To pomeni, da se njihov razvoj odvija precej počasneje kot vlaganja zasebnega kapitala v sončne in vetrne elektrarne. Dogovor o novih pravilih prav tako zahteva čas.

"To so dolgoročni ukrepi, ki ne bodo imeli takojšnjega učinka," pravi Olivier Arrivé, sopredsedujoči odboru za upravljanje sistemov pri Entso-eju in član strokovne skupine, ki preučuje španski izpad električne energije.

Nekatere evropske države že imajo sinhrone kompenzatorje, vendar bo z rastjo deleža obnovljivih virov potrebnih še več takih naprav. Španija na dan izpada elektrike ni imela nobenega delujočega na kopnem – če bi ga imela, bi se izpad verjetno lahko preprečil.

Stroške zagotavljanja dodatne stabilnosti bodo na koncu, seveda, nosili potrošniki. Sinhroni kompenzator v Liverpoolu, ki ga je zgradilo norveško podjetje Statkraft, je stal 25 milijonov funtov in ima pogodbo z upravljavcem omrežja. To je primer, kako bi se podobna oprema lahko uporabljala in financirala tudi v drugih evropskih državah.

Situacija se slabša

Sončna energija po svetu beleži naglo rast, še posebej izrazit zagon pa ima v Evropi. V Španiji je, denimo, lani predstavljala približno 21 odstotkov celotne proizvodnje električne energije, v primerjavi z manj kot šestimi odstotki pred zgolj petimi leti. Na Kitajskem je lani iz sončnih elektrarn prišlo približno osem odstotkov električne energije, medtem ko je bil delež v ZDA manjši od sedmih odstotkov.

Kitajska in ZDA sta dodali največ novih zmogljivosti, vendar sta obe državi hkrati doživeli tudi rast povpraševanja po električni energiji zaradi podatkovnih centrov in gospodarske rasti. V Evropski uniji pa je nagel porast cen zemeljskega plina, ki se je začel leta 2021, prispeval k zmanjšanju porabe za več kot pet odstotkov pod raven pred pandemijo, kažejo podatki bruseljskega možganskega trusta Ember, specializiranega za energetiko in podnebno politiko.

Rast novih sončnih zmogljivosti presega rast povpraševanja po električni energiji. Foto: Bloomberg

In še več obnovljivih virov je šele na poti. Evropska komisija je predlagala cilj zmanjšanja izpustov toplogrednih plinov za 90 odstotkov do leta 2040. Da bi ta cilj sploh približno dosegla, se bo morala Evropska unija močno zanašati na hitro širjenje vetrnih in sončnih zmogljivosti.

Ker se v omrežje vključuje vse več obnovljivih virov, bodo potrebne tudi večje naložbe v varne načine stabilizacije omrežja, pravi Mehdi Ghazavi Dozein, predavatelj s področja elektroenergetskih sistemov na Univerzi Monash v Melbournu.

"Vsi govorijo o 100 odstotkih obnovljivih virov in do te točke bomo prišli, vendar se moramo zavedati tveganj in načrtovati vnaprej," poudarja Ghazavi Dozein. "Španija zagotovo ne bo zadnja država, ki jo bo prizadel izpad električne energije."