Ηλεκτρική Ενέργεια

Αν το δίκτυο παροχής ηλεκτρικής ενέργειας αποτελεί το κυκλοφορικό σύστημα μιας χώρας, τότε το απόγευμα του περασμένου καλοκαιριού, που τα φώτα έσβησαν από το Οχάιο και τη Νέα Υόρκη ώς την επαρχία Οντάριο του Καναδά (14 Αυγούστου 2003), οι ΗΠΑ υπέστησαν αποπληξία. Αν και ουδείς γνωρίζει γιατί ακριβώς μια φαινομενικά συνηθισμένη βλάβη σε ένα τοπικό σύστημα προσέλαβε τέτοιες πρωτοφανείς διαστάσεις ―προκαλώντας ένα σαρωτικό φαινόμενο ντόμινο― και οι επιπτώσεις της έφτασαν τόσο μακριά, διάφοροι ερευνητές, οι οποίοι είχαν από καιρό διαπιστώσει ότι το δίκτυο «ζοριζόταν», επεξεργάζονται και προτείνουν μέτρα τα οποία θα ελαχιστοποιήσουν την πιθανότητα να σημειωθούν στο μέλλον τέτοιας κλίμακας γενικευμένες διακοπές ρεύματος.

Η λειτουργία του ηλεκτρικού δικτύου στηρίζεται σε μια λεπτή ισορροπία: η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που κάθε στιγμή καταβροχθίζει η κατανάλωση από τις γραμμές (φορτίο) πρέπει να αντισταθμίζεται από ανάλογη παραγωγή. Αν η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας επιβραδυνθεί πάρα πολύ, οι ελεγκτήρες του συστήματος αναγκάζονται να προχωρήσουν σε μείωση φορτίου, με αποτέλεσμα να προκληθεί διακοπή ρεύματος. Τα πράγματα περιπλέκονται ακόμη περισσότερο λόγω του ότι η ηλεκτρική ενέργεια στο δίκτυο ρέει κυρίως υπό μορφή εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος (AC). Συνεπώς, οι συχνότητες AC σε κάθε σταθμό πρέπει να ταιριάζουν, όντας όμως μετατοπισμένες η μία ως προς την άλλη κατά ακριβή τρόπο για να εξασφαλίζεται η ροή ηλεκτρικής ενέργειας προς τη σωστή κατεύθυνση.

Στις ΗΠΑ, η μερική απορρύθμιση στις αρχές της δεκαετίας του 1990 επέτρεψε σε μερικές πολιτείες να διαχωρίσουν τις επιχειρήσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από εκείνες της μεταφοράς και διανομής της. Ως συνέπεια, τα μεν συστήματα ηλεκτροπαραγωγής σημείωσαν εκρηκτική ανάπτυξη, τα δε συστήματα μεταφοράς βραδυπορούσαν μένοντας όλο και πιο πίσω, πεδικλωμένα από το συνονθύλευμα των διαπολιτειακών κανονισμών και δικαιοδοσιών. Πολλοί ειδικοί στα θέματα δικτύου και πολιτικής δηλώνουν ότι σύντομα η Ομοσπονδιακή Επιτροπή Κανονιστικών Ρυθμίσεων για τον Τομέα της Ενέργειας (FERC) θα αναγκαστεί να θεσπίσει μια εθνική πολιτική που να καλύπτει τις επενδύσεις, τη λειτουργία και την ικανότητα μεταφοράς του ηλεκτρικού δικτύου. Η Επιτροπή θα μπορούσε να υποχρεώσει τους ιδιοκτήτες των επιμέρους συστημάτων μεταφοράς να ενταχθούν στους Περιφερειακούς Οργανισμούς Μεταφοράς, οι οποίοι θα αναλάμβαναν να εφαρμόσουν την εν λόγω πολιτική.

Μόλις η κυβέρνηση καταλήξει σε αποφάσεις για τον τρόπο λειτουργίας του δικτύου, «μπορούμε να τις θέσουμε αμέσως σε εφαρμογή, επειδή η απαιτούμενη τεχνολογία είτε περιμένει ήδη έτοιμη στο ράφι είτε όπου να ’ναι θα βρίσκεται εκεί», δηλώνει ο Paul Grant, επιστημονικό στέλεχος του Ινστιτούτου Έρευνας Ηλεκτρικής Ενέργειας (EPRI), μιας βιομηχανικής κοινοπραξίας που εδρεύει στο Πάλο Αλτο της Καλιφόρνιας. Σήμερα στο δίκτυο υπάρχουν ηλεκτρονόμοι ασφαλείας, οι οποίοι κλείνουν τις γραμμές ισχύος όποτε εμφανιστεί κίνδυνος διέλευσης υπερβολικά ισχυρών ρευμάτων που θα τις υπερθέρμαιναν και θα τις έκαναν να κρεμάσουν· οι γραμμές αυτές, ωστόσο, θα μπορούσαν να διατηρηθούν εν λειτουργία αν ήταν κατασκευασμένες από τα ήδη διαθέσιμα υλικά που παρουσιάζουν μεγαλύτερη αντοχή στη θερμότητα. Οι γεννήτριες, οι οποίες βασικά δεν είναι παρά γιγαντιαίοι σφόνδυλοι, βγαίνουν εκτός λειτουργίας όταν η συχνότητα ή η φάση του ρεύματος παρουσιάζει ταχείες μεταβολές (διότι οι γεννήτριες ενδέχεται να υποστούν βλάβη στην προσπάθειά τους να ανταποκριθούν στις μεταβολές) ―ωστόσο, οι λεγόμενοι αντιστάτες πέδησης, που μετατρέπουν τον ηλεκτρισμό σε θερμότητα, θα βοηθούσαν τις γεννήτριες να κάνουν ομαλότερα τις απαιτούμενες μεταβάσεις.

Στη σταθεροποίηση του δικτύου θα συνέβαλε και η καλύτερη επικοινωνία μεταξύ των σταθμών παραγωγής. Οι ηλεκτρονόμοι ασφαλείας λειτουργούν με βάση τοπικής κλίμακας πληροφόρηση, οπότε εύκολα μπορεί να «ξεγελαστούν» και να αποσυνδέσουν γραμμές χωρίς να συντρέχει σοβαρός λόγος. Ένα σύστημα οπτικών ινών αφιερωμένο αποκλειστικά σ’ αυτό το σκοπό θα επέτρεπε γρήγορες συγκρίσεις των συνθηκών που επικρατούν σε γειτονικούς σταθμούς παραγωγής, έτσι ώστε να προλαμβάνονται οι άσκοπες διακοπές λειτουργίας. Το Παγκόσμιο Σύστημα Προσδιορισμού Συντεταγμένων (GPS) θα μπορούσε να επισυνάπτει μια χρονοσήμανση σε κάθε ένδειξη των σταθμών παραγωγής, επιτρέποντας στους διαχειριστές να καταλήγουν σε ορθότερες αποφάσεις εξετάζοντας διαδοχικά στιγμιότυπα των συνθηκών που επικρατούν στο δίκτυο. Η Bonneville Power Administration, που εδρεύει στο Πόρτλαντ του Όρεγκον, και η Ameren Corporation, μια επιχείρηση κοινής ωφελείας στο Σαιντ Λούις, χρησιμοποιούν ήδη τη χρονοσήμανση μέσω GPS.

Απαξ και οι διαχειριστές αποκτήσουν εικόνα των συνθηκών οι οποίες επικρατούν στο δίκτυο, θα έχουν τη δυνατότητα να διοχετεύσουν τις πληροφορίες που θα συγκεντρώνουν σε ταχύτερους και εξυπνότερους διακόπτες. Υπάρχουν διατάξεις οι οποίες θα παρείχαν στα συστήματα μεταφοράς AC την ευελιξία να αυξομειώνουν την παροχή ισχύος, ενώ με τη χρήση των υπεραγώγιμων βαλβίδων που ονομάζονται περιοριστές ρεύματος βλάβης θα μπορούσαν να ενεργοποιούνται διακόπτες του κυκλώματος ώστε να αποσυνδέονται οι γραμμές με μεγαλύτερη ασφάλεια. Με την εγκατάσταση περισσότερων γραμμών AC ή πιο ισχυρών υπεραγώγιμων γραμμών μόνο, θα αυξανόταν μεν η ικανότητα μεταφοράς ισχύος, ταυτόχρονα όμως θα δημιουργούνταν κίνδυνος μεγαλύτερων ακόμη κυματώσεων στο σύστημα αν, ο μη γένοιτο, κάτι πήγαινε στραβά. «Πρέπει να είμαστε σε θέση να περιορίζουμε μια μεγάλης κλίμακας ανωμαλία, και ο πιο συνήθης τρόπος για να επιτύχει κανείς κάτι τέτοιο είναι να προχωρήσει στην αποσύνδεση γραμμών» εξηγεί ο ηλεκτρολόγος μηχανικός Peter Sauer του Πανεπιστημίου του Ιλινόις.

Στην ιδανική περίπτωση, επισημαίνει ο Grant, ένας κεντρικός υπολογιστής με πανοραμική άποψη της κατάστασης θα έπαιζε το ρόλο ελεγκτή εναέριας κυκλοφορίας για το δίκτυο. Όπως έδειξαν μελέτες που διεξήχθησαν για λογαριασμό της βιομηχανίας έπειτα από παρόμοια ατυχή περιστατικά, προσθέτει ο Grant, μια τέτοια σφαιρική εποπτεία της κατάστασης θα είχε αποτρέψει τις γενικές διακοπές ρεύματος του 1996 στις δυτικές ΗΠΑ, κατά τις οποίες έμεινε χωρίς ρεύμα το 95% περίπου των πελατών. Αν και οι γνώμες των ειδικών διίστανται όσον αφορά το εφικτό της κατασκευής ενός τέτοιου υπερυπολογιστή, η πλειονότητά τους συμφωνεί ότι κάποια ελαφρώς λιγότερο φιλόδοξα σχήματα θα μπορούσαν να εφαρμοστούν με επιτυχία.

Ένα τέτοιο σχήμα στηρίζεται σε μια βελτιωμένη μέθοδο ελέγχου ικανή να απομονώνει αυτόματα τις εστίες ανωμαλίας και να χωρίζει το υπόλοιπο δίκτυο σε νησίδες όπου φορτίο και παραγωγή βρίσκονται σε ισορροπία. Το EPRI παρήγγειλε να γίνουν μελέτες βάσει υπολογιστικών μοντέλων για τη συγκεκριμένη τεχνική, από τις οποίες προκύπτει το συμπέρασμα ότι με αυτή θα μπορούσε να κρατηθεί περισσότερο φορτίο απ’ ό,τι με τις συμβατικές μεθόδους αντίδρασης. Όπως δηλώνει ο Massoud Amin, ηλεκτρολόγος μηχανικός του Πανεπιστημίου της Μινεσότας και επικεφαλής του προγράμματος του EPRI που συγχρηματοδότησε την έρευνα, η προσαρμοστική κατάτμηση σε νησίδες, όπως ονομάζεται η τεχνική αυτή, θα μπορούσε να εφαρμοστεί εντός της προσεχούς πενταετίας.

Φυσικά, κανένας από όλους όσοι είναι εξοικειωμένοι με το ηλεκτρικό δίκτυο δεν πιστεύει πως οι γενικές διακοπές θα εκλείψουν παντελώς. Αν ευσταθεί η θεωρία του χάους ή η θεωρία των δικτύων, σε συστήματα τα οποία «τελούν υπό πίεση» ή παρουσιάζουν υψηλό βαθμό διασύνδεσης υπάρχει εγγενώς η πιθανότητα να σημειωθούν εκτεταμένες και κλιμακούμενες βλάβες. Και με κάθε μικρή βελτίωση της αξιοπιστίας του δικτύου, το κόστος για την επόμενη μικρή βελτίωση γίνεται όλο και μεγαλύτερο.

Καλού-κακού, λοιπόν, φροντίζετε να κρατάτε στην άκρη μερικές καινούργιες μπαταρίες ―και τα κεριά δεν είναι κακά― για ώρα ανάγκης.

Επιστημονικά Νέα - Ιανουάριος, 2004