Kiedy do Polski zawita blackout?

Otóż w każdym systemie elektroenergetycznym wszystkie źródła wytwarzające energię elektryczną, które są podłączone do sieci elektroenergetycznej, pracują w sposób synchroniczny, tzn. generują sinusoidalne przebiegi napięcia przemiennego o tej samej częstotliwości (w Europie 50 Hz) i mają zarazem to samo przesunięcie fazowe. Każdorazowo dołączenie jakiegokolwiek nowego źródła energii do systemu elektroenergetycznego wymaga przede wszystkim jego uprzedniego zsynchronizowania z częstotliwością elektroenergetycznej sieci przesyłowej, a następnie uzgodnienia fazy sinusoidalnych przebiegów napięć. Ponadto każdy system elektroenergetyczny znajduje się ciągle w stanie równowagi chwiejnej, ponieważ zapotrzebowanie mocy zgłaszane ze strony odbiorców zmienia się nieustannie przez cały czas i właśnie za tymi zmianami muszą nadążać również analogiczne zmiany łącznej wartości mocy generowanej przez wszystkie źródła wytwórcze.

Publikacja, którą czytasz, powstała z dobrowolnych datków

- czy dorzucisz się do wydania przez nas kolejnej?

50 zł Twoja kwota

Twoja kwota

Aby system elektroenergetyczny mógł być utrzymywany w stanie równowagi mocy generowanej względem mocy zapotrzebowanej, bezwzględnie w jego podstawie muszą pracować stabilne źródła energii elektrycznej, które są w pełni dyspozycyjne, co oznacza, że muszą mieć możliwość relatywnie szybkiej zmiany wartości generowanej mocy i to na każde żądanie operatora systemu. Do tego rodzaju stabilnych źródeł energii, które mogą płynnie zmieniać wartość generowanej przez siebie mocy, należą przede wszystkim elektrownie węglowe i gazowe. W przeciwieństwie do nich elektrownie atomowe powinny przez cały czas pracować na poziomie swej mocy nominalnej, a jej obniżanie nie jest wskazane, ponieważ prowadzi to w konsekwencji do pracy nieekonomicznej, zwiększa ponadto awaryjność reaktora jądrowego (pojawiają się mikropęknięcia prętów paliwowych) i ostatecznie może także doprowadzić do powstania bardzo niepożądanego zjawiska, określanego mianem tzw. zatrucia reaktora promieniotwórczym izotopem ksenonu 135, gromadzącym się w jego rdzeniu, co następnie przez stosunkowo długi okres uniemożliwia ponowne podniesienie wartości mocy reaktora.

Dodatkowo pracujące w elektrowniach węglowych, gazowych bądź atomowych, wirujące z częstotliwością sieci elektroenergetycznej, turbozespoły (turbina parowa wraz z napędzanym przez nią generatorem) wnoszą do systemu elektroenergetycznego odpowiednio dużą bezwładność, czyli tzw. inercję mechaniczną, bez której żaden system elektroenergetyczny nie mógłby w ogóle pracować. Im większa jest wartość wspomnianej inercji mechanicznej, tym większa jest stabilność systemu elektroenergetycznego. Natomiast obserwowane obecnie systematyczne zwiększanie mocy zainstalowanej w panelach fotowoltaicznych powoduje jednoczesne zmniejszanie mocy w pracujących podczas godzin okołopołudniowych turbozespołach. Jednak ich łączna moc nie może spaść poniżej pewnej dopuszczalnej granicy, wyznaczającej próg bezpieczeństwa, ponieważ grozi to bezpośrednio pojawieniem się blackoutu.

Wystarczy wtedy, że pojawi się jakieś nieco większe zakłócenie, przykładowo wystąpi zwarcie na linii przesyłowej najwyższych napięć, aby tego typu zdarzenie wywołało wręcz całą lawinę katastrofalnych następstw, sprowadzających się do wypadnięcia z trybu pracy synchronicznej poszczególnych generatorów i w efekcie wyłączenia dosłownie wszystkiego przez systemy automatyki zabezpieczeń na terytorium całego kraju.

Obecnie w krajowym systemie elektroenergetycznym mamy już zainstalowane ponad 22 GW mocy w panelach fotowoltaicznych – jest to ponad cztery razy więcej, niż wynosi moc największej polskiej elektrowni w Bełchatowie. W okresie wiosenno-letnim powoduje to w okolicy godzin okołopołudniowych generowanie znacznej nadwyżki mocy, której nie jest w stanie już wchłonąć system elektroenergetyczny, z uwagi na jego ograniczenia bilansowe (jak wspomniano, moc generowana musi być zawsze równa mocy zapotrzebowanej). W takiej sytuacji konieczne są przymusowe wyłączenia wybranych farm fotowoltaicznych, aby bilans mocy w systemie elektroenergetycznym mógł ponownie powrócić do stanu równowagi.

Jednak w dni wolne od pracy, gdy obserwuje się obniżony pobór mocy przez odbiorców, tego rodzaju postępowanie może już nie wystarczyć. Problem polega na tym, że w polskim systemie elektroenergetycznym ponad 2/3 mocy zainstalowanej w panelach fotowoltaicznych dotyczy instalacji prosumenckich, które są całkowicie niesterowalne, gdyż operator systemu może wyłączyć jedynie duże farmy fotowoltaiczne, w których zainstalowano jedynie około 1/3 łącznej wartości mocy polskiej fotowoltaiki. Zatem samo wyłączenie wspomnianych farm fotowoltaicznych w dni wolne od pracy może już nie wystarczyć i dlatego trzeba w takiej sytuacji dodatkowo wyłączać jeszcze wybrane farmy wiatrowe, a także uruchamiać tzw. awaryjny eksport energii elektrycznej do krajów sąsiednich.

Tego rodzaju sytuacja miała miejsce, między innymi, 27 kwietnia 2025 roku i została przedstawiona na rys. 1.

Rys. 1. Dane dotyczące pracy krajowego systemu elektroenergetycznego w dniu 27 kwietnia 2025 o godz. 13:56 (eksport awaryjny)

(źródło: https://www.pse.pl/home)

W owym dniu o godz. 13:56 instalacje fotowoltaiczne generowały łącznie aż 9324 MW mocy elektrycznej przy zapotrzebowaniu wynoszącym 17746 MW. Jednocześnie łączna moc generowana przez elektrownie cieplne została obniżona do wartości 8000 MW, co stanowi wartość graniczną, zejście poniżej której jest już bardzo niebezpieczne, ponieważ inercja mechaniczna systemu elektroenergetycznego byłaby wówczas stanowczo zbyt mała i przy pierwszym lepszym zakłóceniu mógłby się on po prostu „przewrócić”, dosłownie jak ustawione pionowo w jednym rzędzie klocki domina.

Jako swego rodzaju ciekawostkę można w tym miejscu podać, że nasz zachodni sąsiad mimo wszystko dość często schodzi z inercją własnego systemu elektroenergetycznego znacznie poniżej teoretycznie dopuszczalnej granicy. Powstaje zatem intrygujące pytanie, dlaczego w ogóle Niemcy nie boją się tego robić? Czyżby byli nadal aż tak wielce odważni i nieustraszeni niczym ich przodkowie z Waffen SS? Nic z tych rzeczy! Oni po prostu wiedzą, że na mapie Europy zarówno po lewej, jak i po prawej stronie mają relatywnie dużych sąsiadów, którzy za pośrednictwem transgranicznych linii przesyłowych są w stanie zapewnić wymagany poziom inercji mechanicznej dla ich systemu elektroenergetycznego. Dzieje się tak dlatego, że Francja ma wiele elektrowni atomowych, które muszą pracować przez cały czas ze stałą wartością mocy, dostarczając tym samym potężny wkład do inercji mechanicznej systemu elektroenergetycznego. A z drugiej strony mają nasz kraj z licznymi pracującymi w podstawie systemu elektrowniami węglowymi, które również zapewniają ten wymagany poziom inercji mechanicznej dla systemu niemieckiego.

Wracając jednak do rys. 1, to można z niego odczytać, że w rozważanym czasie pojawił się także potężny eksport energii elektrycznej do wszystkich naszych sąsiadów, z którymi mamy tylko połączenia transgraniczne i to w wysokości aż 2570 MW. Ktoś może powiedzieć, że to świetnie, że eksportujemy przecież energię elektryczną wytworzoną w naszych instalacjach fotowoltaicznych, a na eksporcie, jak zapewne wszystkim wiadomo, zwykle przecież nieźle się zarabia. Jednak osobie takiej z pewnością mocno zrzednie mina, gdy popatrzy na rys. 2, na którym zawarto informację o giełdowych cenach energii elektrycznej w rozważanym dniu.

Rys. 2. Wykres zmian giełdowej ceny energii elektrycznej w dniu 27 kwietnia 2025

(źródło: https://www.pse.pl/home)

Otóż w rozpatrywanym dniu w okolicy godzin okołopołudniowych giełdowa cena energii elektrycznej głęboko zanurkowała, osiągając tym samym poziom około minus 1300 złotych za megawatogodzinę. Przyjmując, że eksportowaliśmy średnio ponad 2000 MW mocy, to zaledwie jedna godzina tego rodzaju awaryjnego eksportu po tak silnie ujemnych cenach kosztowała nas przecież około 3 milionów złotych!

W związku z powyższym pojawia się niezwykle istotne pytanie, dlaczego w ten sposób trwonimy pieniądze, których nam przecież notorycznie na wszystko brakuje? Otóż rozważany eksport jest tzw. eksportem awaryjnym i jest on bezwzględnie absolutną koniecznością, ponieważ bez jego udziału praca krajowego systemu elektroenergetycznego skończyłaby się natychmiast totalnym blackoutem.

W czym zatem rzecz? Otóż, jak już uprzednio wspomniano, w okolicy godzin okołopołudniowych krajowa fotowoltaika generuje nawet ponad 10 GW mocy elektrycznej. Jednak gdy powoli zaczyna zachodzić Słońce, wówczas wartość generowanej przez fotowoltaikę mocy zaczyna gwałtownie maleć aż do zera. Zatem aby rozważany ubytek mocy można było czymś w ogóle zastąpić, należałoby podnieść moc elektrowni cieplnych, które rezerwują w systemie elektroenergetycznym fotowoltaikę, o wartość wspomnianych 10 GW. Jest to jednak absolutnie niemożliwe, ponieważ krajowe elektrownie cieplne nie są w stanie wytworzyć aż tak dużego gradientu mocy, gdyż są w stanie podnosić łączną wartość generowanej przez siebie mocy w tempie maksymalnie około 40 MW na minutę, a to jest niestety stanowczo zbyt mało. Warto mieć także świadomość, że wspomniane 10 GW mocy to dokładnie tyle, co dwie elektrownie w Bełchatowie, które należałoby w relatywnie krótkim czasie z ich pełną mocą uruchomić, aby pokryć deficyt powstały w krajowym systemie elektroenergetycznym.

Skąd zatem w krajowym systemie elektroenergetycznym bierze się w tak stosunkowo krótkim czasie wspomniane 10 GW mocy elektrycznej, potrzebnej bezwzględnie do zastąpienia kończącej pracę fotowoltaiki podczas zachodu Słońca? Otóż wspomniany awaryjny eksport jest sukcesywnie zmniejszany aż do zera, a następnie w jego miejsce pojawia się spory import energii elektrycznej, który jest stopniowo zwiększany aż do wartości około 3 GW, co można zobaczyć na rys. 3.

Rys. 3. Dane dotyczące pracy krajowego systemu elektroenergetycznego w dniu 27 kwietnia 2025 o godz. 20:30 (import podczas wieczornego szczytu obciążenia)

(źródło: https://www.pse.pl/home)

Postępując właśnie w ten sposób, czyli sukcesywnie dokonując swoistej zamiany awaryjnego eksportu energii elektrycznej na jej import, zyskujemy ponad 5 GW mocy, ale już bez konieczności angażowania w ten proces krajowych elektrowni cieplnych, które w żaden sposób nie byłyby w stanie podnieść swej mocy aż w tak wysokim stopniu i do tego aż w tak relatywnie krótkim czasie. Dodatkowe brakujące około 5 GW uzyskujemy natomiast dzięki uruchomieniu elektrowni szczytowo-pompowych, a także i elektrowni wodnych zbiornikowych (w sumie 1100 MW). Uruchomione zostają w owym czasie także odłączone uprzednio w godzinach okołopołudniowych farmy wiatrowe (813 MW). Brakujące do ostatecznego zbilansowania krajowego systemu elektroenergetycznego około 3 GW uzyskujemy dzięki uruchomieniu szczytowych elektrowni gazowych, a także dzięki temu, że nasze stare elektrownie węglowe są mimo wszystko w stanie w ciągu tych kilku godzin podnieść nieco wartość generowanej przez siebie mocy.

Jednak, co niezwykle istotne, bez wspomnianego eksportu awaryjnego, a następnie zastępującego go w stosunkowo krótkim czasie pokaźnego importu energii nie byłoby żadnej możliwości zbilansowania mocy w krajowym systemie elektroenergetycznym. Reasumując, można kolokwialnie powiedzieć, że praktycznie przez cały czas „jedziemy” na cudzym prądzie. Obyśmy się kiedyś tylko na tym boleśnie „nie przejechali” i cała sprawa nie zakończyła się tak, jak miało to miejsce w dniu 28 kwietnia 2025 roku, gdy na całym Półwyspie Iberyjskim doszło do totalnego blackoutu.

Ostatecznie dostaw energii elektrycznej pozbawiona została cała Hiszpania, Portugalia, a także i przygraniczne regiony Francji. Jako przyczynę mającego miejsce stanu rzeczy podaje się gwałtowny zapad napięcia w elektroenergetycznych sieciach przesyłowych najwyższych napięć, spowodowany brakiem możliwości zbilansowania mocy w iberyjskim systemie elektroenergetycznym (w krótce po odłączeniu wybranych farm fotowoltaicznych pojawił się niespodziewanie jej spory deficyt). Stało się tak ponieważ w hiszpańskim systemie elektroenergetycznym pracowało w owym czasie zbyt mało stabilnych i w pełni dyspozycyjnych źródeł energii (zaledwie 6 GW), a w większości bazowano wyłącznie na wysoce niestabilnej fotowoltaice (17 GW) i chimerycznych ze swej natury siłowniach wiatrowych (3 GW), co doprowadziło do obniżenia inercji mechanicznej hiszpańskiego systemu elektroenergetycznego poniżej wartości krytycznej, po czym utracił on już jakiekolwiek zdolności regulacyjne i w efekcie doszło do całkowitej jego destabilizacji, stał się po prostu zupełnie niesterowalny i ostatecznie rozpadł się, niczym domek z kart.

Nie trzeba na koniec specjalnie wspominać, że tego rodzaju katastrofa spowodowała totalny chaos w obu wymienionych państwach Półwyspu Iberyjskiego, gdyż w zasadzie w trybie natychmiastowym przestało działać tam dosłownie wszystko (włącznie z Internetem i telefonią komórkową). Wystarczy tylko wspomnieć, że między innymi zostali uwięzieni ludzie pod ziemią w wagonach metra i trzeba było dopiero organizować dla nich specjalną ewakuację. W takiej sytuacji pewne osoby potrzebujące pilnej pomocy z pewnością na czas nie były w stanie jej otrzymać, a zatem nie obyło się zapewne i bez ofiar śmiertelnych.

Różnego rodzaju instalacje krytyczne są, co prawda, wyposażone zwykle w systemy akumulatorów podtrzymujących przez jakiś czas ich zasilanie, a także w agregaty prądotwórcze, ale zapas zgromadzonego do ich napędzania paliwa jest zawsze ograniczony i po pewnym czasie, jeśli działanie systemu elektroenergetycznego nie zostanie przywrócone na czas, to i tak tego paliwa tam po prostu zabraknie, czego konsekwencje mogą okazać się wręcz tragiczne – na przykład choćby w przypadku szpitali.

Do podobnego w swych skutkach zdarzenia, ale na szczęście o znacznie mniejszym rozmiarze doszło także w okolicy południa słonecznego na znacznym obszarze Republiki Czeskiej w dniu 4 lipca 2025, gdy na kilka godzin dostaw energii elektrycznej pozbawiona została cała Praga i północno-zachodnia część kraju. Jako oficjalną przyczynę podano awaryjne wyłączenie nadkrytycznego bloku elektrowni Ledvice o mocy 660 MW, opalanego węglem brunatnym, na skutek pojawienia się zwarcia na wyprowadzającej z niego moc elektroenergetycznej linii przesyłowej pracującej pod napięciem 400 kV. Na szczęście powstały wskutek tego efekt domina udało się ostatecznie szybko opanować. Stało się tak, ponieważ w owym czasie w czeskim systemie elektroenergetycznym był zachowany, mimo pracujących intensywnie w południe licznych instalacji fotowoltaicznych, całkiem spory zapas inercji mechanicznej. Niestety warunek ten nie był spełniony w przypadku hiszpańskiego systemu elektroenergetycznego, co zakończyło się ostatecznie blackoutem na terenie całego Półwyspu Iberyjskiego.

Analogiczny jak w Czechach częściowy blackout miał miejsce także w dniu 3 stycznia 2026 w południowo-zachodniej części Berlina, jednak tym razem jego przyczyną nie była zawodność systemów technicznych, która w pewnym stopniu jest przecież zawsze nieunikniona, ale był to czysty akt sabotażu, a można nawet powiedzieć, że wręcz ataku terrorystycznego przeprowadzonego przez anarchistyczną grupę pseudoekologów, którzy podpalili linię kablową wysokiego napięcia wyprowadzającą moc z elektrowni Lichtenberg. Całkowite przywrócenie zasilania w pozbawionych energii elektrycznej dzielnicach Berlina nastąpiło dopiero w dniu 7 stycznia, co ukazuje stopień całkowitego nieprzygotowania odpowiednich służb do radzenia sobie z tego rodzaju sytuacjami kryzysowymi.

To wszystko powinno być przestrogą, swoistym kubłem zimnej wody, wylanym na rozpalone do czerwoności głowy wszelkiej maści entuzjastów i promotorów transformacji energetycznej w naszym kraju i zwolenników zastępowania stabilnych źródeł energii elektrycznej opartych na spalaniu paliw kopalnych jakimiś klastrami czy też spółdzielniami energetycznymi (jak w gospodarce planowanej przez Hilarego Minca) z panelami, wiatraczkami i akumulatorowymi magazynami energii. Niestety obawiam się, że już teraz powinniśmy przygotować się wręcz na najgorsze, bo moc zainstalowana w krajowej fotowoltaice nadal systematycznie wzrasta, a dystans dzielący nas od blackoutu w związku z tym faktem niepokojąco maleje.

dr inż. Mirosław Gajer