Maatregelen na een black-out: hoe bescherm je een systeem met vijf keer zoveel zonnepanelen als in 2019?

Hoewel er nog steeds onduidelijkheden zijn, presenteerde de regering gisteren de conclusies van het rapport van de Commissie voor de analyse van de elektriciteitscrisis van 28 april. De derde vicevoorzitter en minister voor Ecologische Transitie, Sara Aagesen, verscheen na de Raad van Ministers om enkele details en oplossingen te schetsen.

Wat is er gebeurd?

Er was een reeks opeenvolgende problemen, en de oplossing verergerde de situatie verder. Het ministerie gaf een chronologie van de gebeurtenissen in vier fasen, beginnend de dagen vóór de gebeurtenis, toen er al spanningsstoringen in het systeem waren gedetecteerd. Een andere belangrijke gebeurtenis vond plaats in deze voorbereidende fase. Op de dag ervoor, 27 april, sluit de dagmarkt, waarna Red Eléctrica technische beperkingen oplegt, zoals op elke andere dag van het jaar. Met andere woorden, zodra elektriciteit uit verschillende bronnen (wind, fotovoltaïsche zonne-energie, waterkracht, enz.) is verkocht, plant de exploitant 10 centrales in om te dienen als beveiliging, zowel voor hun opwekkingscapaciteit als voor de spanningsregeling. Maar deze keer, om 20.00 uur op zondag, werd één ervan onbeschikbaar verklaard, en de exploitant besloot deze niet te vervangen tijdens de centrale uren van 28 april, ondanks het feit dat er het hele jaar door niet zo weinig synchrone centrales waren geweest. Op dat moment functioneerde het systeem theoretisch gezien – en gezien de opwekking van de voorgaande dagen – grotendeels dankzij de bijdrage van wind- en zonne-energie, en Red Eléctrica verwachtte geen problemen.

Al op de 28e werd om 9.00 uur instabiliteit vastgesteld, die om 10.00 uur nog duidelijker werd. Er werden spanningsschommelingen gemeld, die echter binnen de wettelijke grenzen bleven. Van 12.00 tot 12.30 uur was er wat Aagesen omschreef als een ritmische "schommeling". Deze oscillaties zijn normaal, maar gevaarlijk, en Spanje en Turkije, de uitersten van het pan-Europese systeem, ervaren ze vaker. Om 12.03 uur deed zich een trilling voor die noch bekend noch typisch was: deze trilde meer dan de natuurlijke en normale trillingen. Deze was lokaal van aard, ontstond op het schiereiland, maar werd waargenomen in Frankrijk en Duitsland. De trilling hield verband met een specifieke installatie – die niet werd gespecificeerd – en met het abnormale gedrag ervan. Dit is waar deze aaneenschakeling van problemen een rol speelt: de operator neemt de nodige maatregelen, en die zijn effectief, maar ze pakken de symptomen aan, niet het probleem, en dragen bij aan de spanningsstijging. Zo wordt bijvoorbeeld de elektriciteitsexport naar Frankrijk verminderd, wat logischerwijs ook betekent dat de productie in Spanje wordt verminderd, en dit heeft gevolgen voor de spanning. Om 12:16 uur herhaalt de oscillatie zich, zij het op kleinere schaal, en wordt weer gestopt, maar om 12:19 uur verschijnt er een nieuwe, vertrouwde oscillatie uit Centraal-Europa. Er worden continu maatregelen genomen. Bovendien, hoewel een van de elektriciteitscentrales die Red Eléctrica als back-up heeft ingeschakeld, opdracht krijgt om weer in bedrijf te worden genomen, kan dit niet onmiddellijk gebeuren; het duurt anderhalf uur om dit te doen: de centrale zou pas om 14:00 uur weer beschikbaar zijn. Tegen die tijd zat het Spaanse vasteland al bijna anderhalf uur in het donker.

De tweede fase is de stroomuitval, die slechts enkele seconden duurt, van 12:32:57 tot 12:33:18. De spanning steeg "snel en gestaag", aldus Transición Ecológica. Kleinere centrales begonnen te sluiten, kort daarna gevolgd door grotere. Ook de evacuatie-infrastructuur in Granada en Badajoz viel uit, wat op zijn beurt de stroomopwekking in Badajoz en Segovia afsloot. Er is nu een cascade-effect, met infrastructuuruitval in Huelva, Sevilla, Cáceres en Badajoz.

De derde en laatste fase is de ineenstortingsfase, eveneens vluchtig: van 12:33:18 tot 12:33:30, 12 seconden. Hier is er al een verlies aan synchronisatie met Europa, wat resulteert in een verlies aan onderlinge verbinding. Op dat moment, erkende Aagesen, "was er niets meer te doen." Inperking zou alleen mogelijk zijn geweest "met een enorm vermogen om spanning te genereren", een omvang die "met elke milliseconde groter werd."

Welke maatregelen worden er genomen?

Er zijn er meerdere, hoewel er weinig concreet zijn, althans voorlopig. Het Ministerie voor Ecologische Transitie spreekt over "versterking van het toezicht op en de controle op de naleving van verplichtingen door alle belanghebbenden in het elektriciteitssysteem" en over "technische maatregelen ter versterking van de spanningsregeling en de bescherming tegen schommelingen in het systeem". Er worden weinig details verstrekt, behalve de implementatie van werkwijze 7.4, in handen van de CNMC, die asynchrone installaties – in grote lijnen wind- en zonne-energie – in staat zou stellen spanningsschommelingen te beheersen.

Het voorstel stelt ook voor om "de vraag en de flexibiliteit van het elektriciteitssysteem te vergroten" door "de opslagcapaciteit te vergroten" en "de regulering van de aanpassingsdiensten en de technische beperkingen van het systeem te herzien". Een ander belangrijk punt is de uitbreiding van de interconnectie met Frankrijk, een kwestie die al jaren aan de orde is. Er zijn verschillende interconnecties gepland die 5% van de opwekkingscapaciteit van het land zullen dekken. Na voltooiing zullen ze dus nog steeds de helft uitmaken van de doelstelling die de Europese Unie voor 2020 heeft gesteld (10%) en moeten ze verdrievoudigen om de doelstelling van 15% voor 2030 te bereiken.

Zijn alle bronnen gelijk? Heeft dit invloed op het systeembeheer?

Dat zijn ze niet, en dat heeft een aanzienlijke impact. Niet alleen zijn ze dat letterlijk niet, maar hun bijdrage aan het systeem is ook anders. Kernenergie – of voorheen steenkool – produceert bijvoorbeeld bijna constant en dient als basisenergie. Maar de laatste jaren is het wat in gewicht afgenomen, vooral ten gunste van zonne-energie, die net als windenergie intermitterend is. Gas- en waterkrachtcentrales met een gecombineerde cyclus zijn daarentegen aanpasbaar en kunnen sneller worden ingezet (waterkracht bijna direct).

Maar er zijn nog andere belangrijke concepten, zoals synchronisatie, stevigheid en traagheid. Het systeem moet 230 volt en 50 hertz aanhouden, en synchrone bronnen behouden hun stabiliteit omdat ze de spanning en frequentie kunnen regelen. Asynchrone bronnen daarentegen volgen de spanning van het net waarop ze zijn aangesloten, maar ze leveren geen netsignaal; ze kunnen het zelf niet creëren en ook geen variaties beheren (tenminste totdat procedure 7.4 is geïmplementeerd).

Inertie heeft betrekking op het fysieke aspect van het elektriciteitsopwekkingsproces in kolen-, olie-, gas-, kern- of waterkrachtcentrales. Elektriciteit wordt opgewekt met behulp van wisselstroom, die 50 hertz is, wat overeenkomt met de 50 keer de richting die de wisselstroom van het ene punt naar het andere verandert. De rotatie van de turbines in deze centrales, 1500 omwentelingen per minuut, handhaaft de 50 hertz. Maar omdat dit enorme componenten zijn, die honderden tonnen kunnen wegen, bewegen ze met grote traagheid. En als het net oscilleert en de frequentie verandert, passen bronnen die deze componenten niet hebben zich aan de verandering aan en kunnen ze het systeem platleggen. Inertiebronnen moeten deze daling echter overbrengen naar de dynamo, die, zoals gezegd, met grote traagheid beweegt, waardoor de frequentie gedurende een korte tijd, een kort interval, wordt gehandhaafd, wat kan dienen om een ​​daling te voorkomen.

Hoe is de Spaanse elektriciteitsmix?

Zeer divers, met hernieuwbare energiebronnen die een hoofdrol spelen – en die rol neemt elke dag toe – hoewel dit per dag varieert afhankelijk van de vraag. Vóór de stroomuitval bereikte de groene energieproductie meer dan 70%, een combinatie van windenergie, zonne-energie en waterkracht, volgens gegevens van Red Eléctrica. Sindsdien is er een aanzienlijke toename waargenomen in gas, dat zorgt voor stabiliteit in het systeem, en, in mindere mate, in kernenergie.

Het verschil is ook opvallend in vergelijking met hoe de mix er een paar jaar geleden uitzag. Zonne-energie produceerde in 2024 16,7% van de elektriciteit in het land en werd daarmee voor het eerst de derde grootste bron in de mix, na windenergie (22,9%) en kernenergie (19,6%). In 2019 was dit nog maar 3,2%, terwijl windturbines (20,8%) en kernenergie (21,4%) vrijwel hetzelfde bleven. Het verschil zit vooral in gas en gecombineerde cycli, die in 2019 21,2% van de elektriciteit produceerden en in 2024 13% (ook steenkool is bijna volledig verdwenen en waterkracht is toegenomen). Het systeem is in ieder geval heel anders dan vijf of zes jaar geleden. En dat zal de komende jaren ook zo blijven, want de regering is van plan om de zeven kernreactoren van het land tussen 2027 en 2035 te sluiten en te vervangen door andere bronnen.