Op 28 april rond 12.30 uur viel in vrijwel heel Spanje, Portugal en een klein stukje in zuidelijk Frankrijk de elektriciteit uit. Een dag later hebben vrijwel alle getroffen gebieden weer elektriciteit. Wat weten we inmiddels over de oorzaak van deze zeer grote stroomstoring?
Waarschijnlijk was het de grootste stroomstoring in Europa is sinds de uitval van bijna heel Italië in 2003. Over de praktische situatie in herstellend Spanje gaan nogal wat berichten rond waarbij wij vooral verwijzen naar de NOS omdat zij een betere nieuwsgaring hebben dan wij. Wat wij wel kunnen op deze plek is met wat rust naar de technische kant van de zaak kijken om te proberen te ontdekken wat deze storing kan hebben veroorzaakt. Er gaan op dit moment meerdere verklaringen rond, maar ze zijn lang niet allemaal waarschijnlijk of logisch.
Relatief kwetsbaar schiereiland
Wie de netkaart pakt ziet dat Spanje en Portugal een schiereiland vormen in het gekoppelde ENTSO-E elektriciteitsnet. In Europa hebben vrijwel alle landen en ook Turkije en een aantal grotere eilanden hun elektriciteitsnetten aan elkaar gekoppeld. Dat maakt handel mogelijk, het zorgt dat landen elkaar kunnen helpen bij problemen en ook is een groter netblok minder kwetsbaar voor uitval van individuele centrales omdat het effect van een losse uitvallende centrale kan worden uitgesmeerd over een veel groter netwerk en vermogen. Daarmee wordt tijd om in te grijpen gekocht. In feite is het Europese stroomnet een onbekend maar uitstekend voorbeeld van hoe Europese samenwerking in optima forma kan zijn. In het Europese net bevindt zich een productievermogen van zo’n 750 gigawatt. Binnen dit netblok vormen Spanje en Portugal een uitloper in het zogeheten ENTSO-E CE-blok, dat uit centraal Europa en de Balkan bestaat. Spanje zit daarbij relatief dunnetjes aan Frankrijk gekoppeld met twee 400 kV-verbindingen, een 220 kV-circuit en een HVDC-kabel (Inelfe) die gezamenlijk optellen tot circa 5 GW transmissiecapaciteit waarvan ruim 3,5 GW ook echt kan worden ingezet wanneer er sprake is van normaal netbedrijf.
Onder normale omstandigheden is dat voldoende. Ieder land zorgt min of meer voor zijn eigen productie en verbruik en bewaakt intern zijn netbalans zodat uitwisselingen dwars door Europa heen beperkt zijn tot een technisch veilig niveau. Daarbinnen bevindt zich de normale handel. Er zal normaliter nooit een moment zijn waarop Spanje zoveel stroom van Frankrijk wil importeren dat uitval van een resterende eigen centrale of uitval van een van de hoogspanningslijnen een kritiek tekort kan veroorzaken. Maar met zo’n 120 GW geïnstalleerd vermogen in de beide landen en maximaal 3,5 GW transmissiecapaciteit met de rest van het netblok hebben Spanje en Portugal relatief gezien minder regelvermogen dan bijvoorbeeld Frankrijk of Duitsland. Die landen zitten met tientallen gigawatts regelruimte centraal ingebed in het netblok en kunnen zich meer onbalans of handel permitteren dan Spanje, dat het dus in een grotere mate zelf moet oplossen.
Onbalans normaal opvangen met FCC en FCR
Landen zorgen er normaal gesproken voor dat ze een uitvallende centrale of verbinding met het buitenland kunnen opvangen met zogeheten FCR- en FCC-vermogen, ook wel draaiende reserve genoemd. Draaiende reserve moet je letterlijk nemen: het zijn fysiek draaiende, maar onbelaste generatoren die in minder dan tien seconden tijd direct kunnen inspringen. In Europa is dit gezamenlijk geregeld onder toezicht van ENTSO-E en in heel Europa is sprake van ongeveer 3 GW reserve. Dit vermogen is zogezegd onze directe regelruimte bij problemen. Je zou het ook kunnen zien als de marge waarbinnen het elektriciteitsnet stabiel blijft wanneer er zich een verstoring voordoet. Grote landen leveren een groter aandeel, kleine landen minder en dat is ook logisch.
In Spanje zou normaal gesproken bij importen enig FCR-vermogen voorhanden moeten zijn voor wanneer een verbinding met Frankrijk uitvalt terwijl die juist flink werd belast. Het lijkt erop dat er niet voldoende draaiende reserve aanwezig was in het Spaanse grensgebied met Frankrijk, zodat de klap van een plotseling uitvallende, zwaar belaste importverbinding (ordegrootte 1-2 GW getransporteerd vermogen) niet voldoende kon worden opgevangen. Deze onbalans raakte waarschijnlijk onbeheersbaar.
Wat we bij HoogspanningsNet vermoeden als oorzaak
De immense snelheid waarmee heel Spanje op zwart ging is een belangrijke aanwijzing voor ons in het verder ontrafelen van wat er is gebeurd. Let wel, het onderstaande scenario is op dit moment nog speculatief en het is alleen onze eigen inschatting.
Net na het middaguur trad plotseling uitval op van een zwaar belaste hoogspanningslijn met Frankrijk (te verifiëren bij ENTSO-E, 1-2 GW belasting) terwijl Spanje sterk importeerde en er veel zonnestroom (10-20 GW) in het Spaanse net zat. Daardoor waren er relatief weinig fysiek draaiende generators op het schiereiland, want zonneomvormers zijn vermogenselektronica waarin niks beweegt. Fysieke rotatie is belangrijk want het geeft momentum of massatraagheid. Is er opeens te weinig energie in een net, dan gaan de resterende generators zwaarder lopen zodat hun rotatiesnelheid afneemt en de netfrequentie van 50 Hertz begint te dalen. Omdat de generators grote fysiek draaiende dingen zijn met kernen van soms honderden tonnen hebben ze inertie: massatraagheid. Het plotselinge tekort aan energie in het elektriciteitsnetwerk wordt letterlijk gestolen uit het momentum van de roterende generatorkernen.
Omdat de gezamenlijk opgetelde inertie van alle draaiende generatorkernen in het Europese net zeer groot is, heeft zelfs uitval van een gigawatt vermogen slechts een trage daling tot gevolg die tientallen seconden kan zakken voordat er problemen ontstaan. Deze traagheid geeft netbeheerders kostbare tijd om te kunnen handelen met draaiende reserve. Maar dan moet je wel voldoende fysiek roterende generators hebben en geen vermogenselektronica zoals in zonneomvormers. Uitval en vermogenstekort geeft bij veel ‘static’ vermogen in je stroomnet sneller een daling van de netfrequentie dan wanneer er veel roterend vermogen aanwezig is zoals in de nacht. Uitval van de hoogspanningslijn met Frankrijk lijkt hier het zetje te zijn geweest waarmee een frequentiedaling begon die door gebrek aan inertie op het Iberisch schiereiland niet kon worden beheerst. Omvormers zijn zodanig beveiligd dat ze bij een te lage netfrequentie buiten de bandbreedte zichzelf meteen helemaal afschakelen. Gevolg: nog meer vermogenstekort en een kettingreactie. Binnen twintig seconden veranderde een eenvoudige onvoorziene storing in een hoogspanningslijn in een onmogelijkheid om voldoende inert vermogen uit Frankrijk te kunnen importeren via de nog overgebleven verbindingen. Ofwel, ‘dit houden we niet’. Daarna volgde door de frequentiedaling automatische afgooi van de nog resterende grote centrales en zonneparken. Uitval van bijna heel Spanje trad daarna op in slechts vijf seconden.
Dat is heel snel voor een land zo groot als Spanje. Dit is een sterke aanwijzing dat er inderdaad nauwelijks massatraagheid van roterende generators in het net zat. Portugal werd ook meegetrokken en op de Franse grens met het gebied van RTE vond automatische separatie plaats waarmee Frankrijk zichzelf beschermde. Het CE-blok had opeens een aanzienlijke overproductie na wegvallen van de Spaanse import, maar dat kon geforceerd worden losgenomen. De rest van Europa vernam een slingering en onstabiel netgedrag, maar hield wel stroom. Spanje en Portugal kwamen in het donker terecht, zij het midden overdag in de stralende zon.
‘Atmosferisch effect’ lijkt ons onwaarschijnlijk
Eerder op de dag werd gesproken van een niet nader verdedigd ‘atmosferisch effect’. Dat haalde in Nederland zelfs het journaal waar onze arme nationale weervrouw zich moest zien te redden met een vaag en onbegrijpelijk verhaal over ionisatie, golfjes en bijzonder weer. Kennelijk een of andere vorm van resonantie door ionisatie rond de hoogspanningslijnen vanwege grote temperatuurverschillen tussen de landsdelen. Euh.. Que de la wátte?
Uiteraard veroorzaakte dat op het internet de nodige stekelige berichten. ‘Hey energyboys, leg DIT eens uit?’ en ‘Wat is dit voor voodoo?’. Nu zijn wij bij HoogspanningsNet minder van het schreeuwen, maar in ons siteteam zit toevallig iemand die in het dagelijks leven meteoroloog is. Ook die had hier nog nooit van gehoord. Vanuit beide werelden tegelijk kunnen we zeggen dat we een atmosferisch effect waar nog nooit eerder van is gehoord nogal onaannemelijk vinden. Hoogspanningslijnen zijn niet van suiker en het was gisteren normaal weer voor Spaanse doen. Van sterk poollicht of hele grote doortransporten worden koppelnetten nerveus, net als van te grote grondkabellengtes bij hoge spanningen. Warm weer met weinig wind of met een grote ruimtelijke variatie behoort tot het normale werkgebied en takenpakket van een 400 kV koppelnet. Waarom men met deze vergezochte verklaring kwam is niet duidelijk, maar ook bij HoogspanningsNet lijkt ons dit onwaarschijnlijk en ook onnodig omdat alles wat we zien goed overeenkomt met de bovengenoemde, helemaal niet zo mysterieuze verklaring van vermogenstekort samen met te weinig roterende traagheid in het Spaanse net.
Cyberaanval, blunder of domme pech kan ook nog
We kunnen ook niet uitsluiten dat er nog een andere oorzaak in het spel is. Eerder sprak men over een mogelijke (cyber)aanval of van een sabotage. Daar lijkt inmiddels geen teken meer van. Wat nog wel kan is een ouderwetse technische/menselijke fout die op een ongelukkig moment of rare manier uit de hand liep, al dan niet door of na uitval van een hoogspanningslijn met Frankrijk.
Een dergelijke klein begonnen fout is in het verleden ook wel eens de oorzaak geweest van grote stroomstoringen in Europa. De eerder genoemde storing in Italië in 2003 werd veroorzaakt doordat in Zwitserland een dennenboom in een 10 kV-lijn viel, waarna de storing op welhaast filmische manier uit de hand liep en uiteindelijk 90% van Italië trof. Een andere vrij knullige grote stroomstoring is het ‘cruiseschip-incident’ van 2006. Gebrekkige afstemming tussen Transpower en Tennet over een vrijschakeling van een te lage hoogspanningslijn voor de doortocht van een hoog schip draaide uit op onbedoelde overbelasting van een koppelnetrail op Conneforde. Twintig seconden later was een systeemsplitsing van het Europese net en uiteindelijk miljoenen mensen die in het donker kwamen te zitten een feit. Oftewel, ook de Wet van Murphy mag op dit moment nog niet worden uitgesloten in Spanje.
Gisteravond was het hele stroomnet in het resterend deel van het CE-blok urenlang vrij onrustig met grote frequentieschommelingen. Dat lijkt te wijzen op stapsgewijze herinschakeling (schommelingen in gevraagd vermogen) en die vanuit Spanje dwars door de interconnecties met Frankijk heen tot ver in het CE-blok schommelingen geven. Eigenlijk goed nieuws, want het toont aan dat vanuit Frankrijk en ook vanuit Marokko hulp bij de wederopbouw van de spanning is geleverd door ervoor te zorgen dat via de verbindingen vanuit die twee gebieden een robuuste netkoppeling werd geboden die enige oplawaaien vanuit Spanje aan kan zonder dat direct opnieuw storingen ontstaan.
Een stapel interessante rapporten zal volgen
Het lijkt ons het beste om af te wachten waar netbeheerders REE (Spanje) en REN (Portugal) mee komen richting de pers, en om dan te zien of onze verklaring rond de uitgevallen interconnectie, zonneomvormers en het gebrek aan roterend vermogen dan stand houdt. Gezien de omvang van deze storing zal hier in de toekomst ook nog wel een hele bende interessante rapporten uit voortkomen, al dan niet met aanbevelingen over hoe je een netwerk met steeds minder roterend vermogen en met ‘grid-following’ in plaats van ‘grid forming’ omvormers aan de praat houdt. Als er ontwikkelingen zijn vullen we dit artikel aan of we beginnen aan een nieuw artikel. ◼
Artikel (1): schaduw van een schaalmodel hoogspanningsmast op een paar zonnepanelen. (2): de netfrequentie in ENTSO-E CE (voorheen het UCTE-netblok) is de hele dag al vrij onrustig. Er lijkt wel het een en ander gaande, mogelijk gerelateerd aan grote vermogenstransporten door de interconnectors tussen Frankrijk en Spanje wanneer er daar nieuwe subgedeelten of netblokken weer onder spanning worden gebracht. Zogezegd work in progress.
