Néhány hete a saját otthonomban észleltem, hogy a villamos hálózatra kötött órák (például a hálószobai ébresztőórák, vagy a konyhai sütőkbe épített órák) több perc késést mutattak. Át is kellett őket állítanom, hogy újra pontosak legyenek, de a következő napokban további késést szedtek össze. A dolog szokatlan, komoly, rendszerszintű problémára utal. A jelenség részletesebb magyarázatával és további következményeivel foglalkozik az alábbi írás.

Az ENTSO-E, az európai átviteli rendszerirányítók szövetsége a minap közleményt adott ki arról, hogy a kontinentális európai villamosenergia-hálózaton hetek óta szokatlan frekvencia-eltérés tapasztalható. Ilyen hosszú időtartamú eltérés korábban még sosem történt meg a Közép-Európai hálózat esetében. Az átlagos villanyfelhasználó számára azért vált észrevehetővé a probléma, mert egyes, a villamosenergia-hálózat frekvenciája által vezérelt órák egyszerűen késni kezdtek.

A kontinentális európai villamosenergia-rendszerben az erőművek szinkronizáltan dolgoznak együtt („szinkron járnak”), vagyis minden egyes erőmű generátora azonos időpillanatban azonos frekvencián állít elő villamos energiát, ráadásul ugyanabban a fázisban is vannak ezek a gépek (vagyis minden egyes termelő adott időpillanatban a váltóáram iskolában tanult sinus görbéjének ugyanazon pontján tart, együtt járják be ezt a sinus görbét). Magyarország is tagja az együtt járó rendszernek, sokszorosan össze van kötve Európa többi országával.

A villamosenergia-rendszerben a frekvenciát úgy lehet állandó 50 Hz-es értéken tartani, hogy minden egyes pillanatban fenn kell tartani a termelés és a fogyasztás egyensúlyát. Ez az 50 Hz-es frekvenciaérték egyúttal az előállított villany minőségét is jellemzi. Ettől az értéktől kismértékű eltérés csak rövid ideig megengedett, amennyiben ez bekövetkezik, azt mielőbb meg kell szüntetni, kompenzálni szükséges, a rendszer egyensúlyát helyre kell állítani. Ezt az elvet követve az a jellemző a hálózatra, hogy a frekvencia 50 Hz körül csak kis kilengéseket mutatva nagyjából szimmetrikusan ingadozva mozog, és a hálózati rendszerirányítóknak az a feladata, hogy ha el is tér egy időpillanatban a frekvencia a megkívánt 50 Hz-es értéktől, az eltérést – amint be tudnak avatkozni a termelés vagy a fogyasztás oldalán – kompenzálják, hogy a frekvencia hosszú távú átlaga pontosan kiadja az 50 Hz-es értéket.

Az elmúlt időszakban, január közepe-vége óta azonban ez a helyzet megváltozott.

Nézzük meg, hogy milyen frekvencia-értékeket lehetett megfigyelni a magyar villamosenergia-rendszerben 2018-ban. A vizsgálat tárgya a 2018. január 1. és 2018. március 13. közötti időszak. A MAVIR oldaláról letölthetők – sok egyéb érdekes adat mellett – a villamosenergia-rendszerre jellemző frekvencia-értékek is, negyedórás bontásban (ezek valójában negyedórás átlag frekvencia értékek). 2018. január 1. és március 13. között a frekvencia a következőképpen viselkedett (1. ábra). 

1. ábra: Az európai villamos hálózati frekvencia negyedórás átlagértékei 2018 elején 
(Adatok forrása: mavir.hu, saját számítás)

Az 1. ábrán túl sok izgalmasat még nem figyelhetünk meg, de azt látjuk, hogy az 50 Hz-es megkívánt  frekvencia-érték körül egy kb. ±0,05 Hz-es sávban ingadozik a frekvencia. Az ábrán bemutatott fluktuáció és az adatpontok számossága miatt szabad szemmel nem vehető ki azonnal az az eltérés, amiről a fent hivatkozott ENTSO-E közlemény is beszélt, illetve ami végeredményben a hálózat frekvenciája által vezérelt óráink késését is eredményezte az elmúlt időszakban.

A görbét átlagolással simítva rögtön egyértelmű lesz a helyzet. Az alábbi 2. ábrán ugyanezen időszak frekvencia-adatai láthatók, de a jobb értelmezhetőség érdekében az egyes adatpontok esetében a környező adatpontokat átlagoltam 1 óra, 6 óra, 12 óra, 1 nap, 3 nap és 1 hét intervallumokra.

2. ábra: A hálózati frekvencia különböző periódusokra vonatkozó átlagértékei 
(Adatok forrása: mavir.hu, saját számítás)

A 2. ábra diagramján már látható, hogy bár a január eleji időszakban az 50 Hz körüli szimmetrikus ingadozás megvolt, ezt követően az átlagos eltérés folyamatosan növekedett egészen március elejéig.

Az alábbi 3. ábrán csak az 1 napra és 1 hétre átlagolt értékek látszanak, amin tisztán látható az 50 Hz-től való eltérés mértéke.

3. ábra: A hálózati frekvencia 1 napos és 1 hetes gördülő átlaga 2018. január 1-től 2018. március 13-ig
(Forrás: saját számítás)

Szögezzük le: az eltérés nem nagy. Ahogy az 1. ábrán is látható, nagyon rövid időre az 50 Hz-től lényegesen nagyobb eltérések is megfigyelhetők, mint a fenti 3. ábrán negatív csúcsként jelentkező 0,015 Hz. Az 1. ábrán látható ingadozás hozzátartozik a rendszer normál működéséhez, a gördülő átlagban a 3. ábrán látható csökkenés azonban anomáliát mutat: az 50 Hz-től való átlagos eltérés hosszú, több hetes időtartama nem normális.

Normál esetben az európai villamosenergia-rendszerben üzemelő erőművek generátorai 50 Hz-en termelik a villamos energiát. Hogy egy egyszerű példával érzékeltessem, ez azt jelenti, hogy egy átlagos erőművi generátor 1 perc alatt 3000 fordulatot tesz meg (az 50 Herz frekvencia azt jelenti, hogy a váltóáram sinushulláma másodpercenként 50-szer ismétlődik meg. 50 ciklus másodpercenként az 50*60=3000 ciklus percenként). A frekvencia fent bemutatott eltérése azonban azt jelentette az elmúlt hetekben, hogy átlagosan 1 perc alatt nem 3000-et fordult az adott generátor, hanem csak 2999,5-et. (A példában bemutatott helyzet akkor állt fenn, amikor a rendszer frekvenciája kb. 49,992 Hz volt.) Ez nem tűnik nagy eltérésnek, igaz?

De sok kicsi sokra megy! Mivel a hálózatra kötött ébresztő órákat a hálózat frekvenciája vezérli, ezért az órák azt „feltételezik”, hogy 1 perc alatt 3000 ciklus fut le a villamosenergia-rendszerben. Úgy mérik az időt, hogy számlálják a hálózati ciklusokat, és 3000 ciklus elteltével egyet léptetnek a perc értéken. A fenti példa alapján viszont látható, hogy az óránk valójában 1 perc valós idő elteltével mindössze 2999,5 ciklust érzékelt a hálózaton, így azt „feltételezte”, hogy csak 59,99 másodperc telt el. Ez még mindig nem tűnik soknak. Mivel azonban a negatív frekvencia-eltérés heteken keresztül fennállt, ezért a sok kis eltérés összeadódott, az órák fokozatosan egyre nagyobb késést halmoztak fel. Szintén a fenti időszakra vonatkoztatva a 4. ábrán látható, hogyan alakult ki az óráink mostani közleményekben is szereplő 5-6 perces késése.

4. ábra: Egy hálózatra kötött ébresztőóra halmozódó késése az év eleje óta
(Forrás: saját számítás)

Sokan mondhatják erre, hogy nagy ügy, néhány perc késés még nem számít, maximum utánállítjuk az órákat, és megy minden tovább a megszokott mederben „óramű pontossággal”.

A dolognak ennél jóval nagyobb jelentősége van, nem lehet ilyen egyszerűen elintézni. Ahogy fent már említettem, a villamosenergia-rendszer működésének alapelve, hogy a termelés és a fogyasztás egyensúlyát fenn kell tartani. Ez a kb. 6 percnyi késés az elmúlt 2,5 hónapban azt jelzi, hogy tartósan egyensúlytalanság volt a villamosenergia-rendszerben, az erőművek nem termeltek meg annyi villanyt, mint amennyit a fogyasztók el kívántak fogyasztani, és a rendszer a fizika törvényei értelmében úgy tudta magát kiegyensúlyozni, hogy lecsökkent a frekvencia, a fogyasztók ugyan megkapták az áramot, de kisebb frekvencián. Nem csak az óráink jártak lassabban, hanem ennyivel kevesebbszer fordultak körbe a villanymotorok is, ennyivel kevesebb munkát végeztek az elektromos fogyasztók.

Az ENTSO-E közlemény a rendszer fent bemutatott késése kapcsán 113 GWh hiányzó energiamennyiséggel számol, ez megfelel egy teljes napnyi magyar villamosenergia-fogyasztásnak! A hiányzó mennyiség értéke 50€/MWh nagykereskedelmi villamosenergia-árral számolva körülbelül 5,65 millió €, vagyis 1,76 Mrd Ft!

Jelenleg az ENTSO-E közlemény szerint nem egyértelmű, hogy ki és hogyan fogja pótolni ezt a hiányzó energiamennyiséget, a fő cél eddig elsősorban az eltérés megszüntetése, vagyis a további késés megakadályozása volt.

A kialakult helyzet okozója egyébként egy Koszovó és Szerbia közötti vita. Koszovóban egy erőművet leállították karbantartásra, és bár a két ország közötti egyezség értelmében Szerbiának biztosítania kellett volna a tartalékot a rendszer egyensúlyának fenntartása érdekében, azonban Szerbia ezt nem tette meg. Ezért az egyensúly hiánya miatt a kieső energiát a hálózat a frekvencia csökkenésén keresztül tudta csak kompenzálni. Erre a politikai természetű vitára utalnak az ENTSO-E közlemény végén a politikai megoldások sürgetésére utaló mondatok is.

Bizonyos, hogy a villamosenergia-rendszer üzemeltetői a hiányt ki fogják pótolni, és hosszú távon (néhány hónap alatt) az átlagos frekvenciacsökkenést kompenzálni fogják. Ez azt jelenti, hogy a következő időszakban várhatóan 50 Hz-nél kicsit magasabb frekvencián fog működni a rendszer. Ebből az következik, hogy a hálózatra kötött órák most majd kicsit sietni fognak, és amire a kompenzációs időszak befejeződik, le fogják dolgozni az eddig összeszedett kb. 6 perces késést.

Én pedig állíthatom át újra az órákat, ezúttal a sietséget visszakorrigálva. Ilyen kellemetlen mellékhatásai lehetnek, ha a villamosenergia-rendszerben tartós egyensúlytalanság van.