Il 28 aprile, la Spagna ha subito il peggior blackout nazionale in Europa degli ultimi 20 anni, con il 60% della fornitura elettrica del Paese interrotta in soli 5 secondi. Questo catastrofico blackout non solo ha gettato 50 milioni di persone al buio, ma ha anche messo in luce le profonde contraddizioni della transizione energetica europea. È particolarmente degno di nota il fatto che questa sia la prima volta al mondo che si tenta un "black start" con una quota così elevata di energia rinnovabile, ricostruendo l'intero sistema elettrico da zero.
Black Start: La resurrezione del sistema di potere
Partenza nera è una delle operazioni di emergenza più complesse e impegnative nel settore energetico. Si riferisce al processo di ripristino graduale dell'energia elettrica da zero quando la rete elettrica è completamente paralizzata e tutte le centrali elettriche sono spente. Questo concetto nasce da una contraddizione fondamentale del sistema elettrico: la produzione di energia elettrica richiede elettricità. La stragrande maggioranza delle centrali elettriche, siano esse a carbone, a gas o nucleari, necessita di energia esterna per avviare le apparecchiature chiave.
Black Start è chiamata la "rianimazione cardiopolmonare" del sistema di alimentazione perché deve essere precisa e ordinata come un medico che salva un paziente:
1. Avviare la centrale elettrica "a scintilla": per prima cosa, affidarsi ad alcune centrali elettriche speciali con capacità di avviamento automatico (solitamente piccole centrali idroelettriche o centrali a gas dotate di generatori diesel) per generare l'elettricità iniziale;
2. Creare "isole di potenza": utilizzare queste potenze iniziali per avviare più centrali elettriche e formare più piccole aree di rete elettrica gestite in modo indipendente, ciascuna delle quali deve mantenere accuratamente una frequenza standard di 50 Hz;
3. Collegamento alla rete sincrona: come in un puzzle, collega gradualmente queste "isole di potenza" per garantire che la frequenza e la tensione siano perfettamente identiche prima di poterle collegare alla rete;
4. Controllo del carico: controllare attentamente la velocità di accesso alla domanda di energia per evitare che la fragile rete elettrica appena ripristinata crolli nuovamente a causa di un aumento del carico.
Principali difficoltà tecniche del Black Start
1. Il dilemma della dipendenza dal potere
La maggior parte delle centrali elettriche non può avviarsi da sola e necessita di supporto energetico esterno. Ad esempio, le centrali a carbone necessitano di elettricità per frantumare e trasportare il combustibile, mentre le centrali nucleari si affidano a pompe elettriche e sistemi di valvole. Solo circa il 10% delle centrali idroelettriche e alcune centrali a gas dotate di generatori diesel sono dotate di capacità di avviamento automatico. Questo dilemma "dell'uovo o della gallina" è la principale difficoltà che si presenta quando si verifica un black start.
2. Precisione della sincronizzazione del sistema
Durante il processo di ripristino, ogni "isola di potenza" deve rigorosamente mantenere una frequenza standard di 50 Hz (standard europeo). Una deviazione di frequenza superiore a ±0,5 Hz può causare l'interruzione della connessione alla rete o persino danneggiare le apparecchiature. Durante il processo di black-start dopo il blackout del Quebec, in Canada, nel 1982, un grave incidente causò danni ai parafulmini e ai trasformatori a causa di una tensione superiore a 1,05 volte il valore limite.
3. Paralisi dei sistemi informativi e di controllo
Quando la rete elettrica viene completamente interrotta, un gran numero di messaggi di allarme giunge improvvisamente al centro di controllo e il sistema di comunicazione è spesso limitato nella sua funzionalità a causa della scarsa alimentazione di riserva. L'alimentazione in corrente continua di molte apparecchiature di telemetria e controllo remoto può durare solo poche ore. Un'interruzione prolungata di corrente può causare la trasmissione di informazioni errate, rendendo difficile per i controllori formulare giudizi corretti.
Nuove sfide portate dall'elevata percentuale di energia rinnovabile
La Spagna si trova ad affrontare la prima sfida al mondo di una partenza al buio, in un contesto di elevata quota di energia rinnovabile. Le energie rinnovabili rappresentano il 56% della sua struttura energetica (eolica 23%, fotovoltaica 17%, idroelettrica 13%), l'energia nucleare il 19% e il gas naturale è integrato. Questa nuova struttura energetica ha portato vantaggi unici e creato difficoltà senza precedenti:
1. L'effetto "arma a doppio taglio" della produzione di energia eolica e solare: l'energia rinnovabile si disconnette automaticamente dalla rete quando questa si guasta (meccanismo di sicurezza), aggravando l'entità delle interruzioni di corrente; e quando viene ripristinata, è difficile fornire un supporto stabile a causa della sua natura intermittente.
2. Inerzia di sistema insufficiente: le unità rotanti dell'energia termica tradizionale e dell'energia nucleare forniscono l'"inerzia" di una frequenza di rete stabile, mentre la generazione di energia eolica e solare non ha questa caratteristica, rendendo più difficile il controllo della frequenza.
3. Carenze nella capacità di stoccaggio dell'energia: la capacità di stoccaggio dell'energia della Spagna rappresenta solo lo 0,3% della domanda di elettricità e non riesce a compensare forti fluttuazioni.
Quando la Penisola Iberica è caduta nell'oscurità, il gestore della rete elettrica spagnola Red Eléctrica ha immediatamente avviato l'operazione di black-start più complessa della storia. Questo preciso processo di ripristino dell'alimentazione è durato 15 ore e solo alle 3:30 del mattino successivo la Spagna ha annunciato il ripristino del 99,95% della fornitura di energia. Questa operazione concreta ha fornito una preziosa esperienza diretta per l'industria energetica globale.
Strategia di recupero graduale
1. L'energia idroelettrica svolge un ruolo pionieristico
La quota del 10% di energia idroelettrica in Spagna e del 25% in Portogallo è diventata un'ancora di salvezza: le centrali idroelettriche possono essere avviate praticamente senza alcuna fonte di alimentazione esterna e possono essere definite "alleate naturali dell'avvio senza alimentazione". Le due grandi centrali idroelettriche ad accumulo La Muela e Aldeadávila hanno completato la sincronizzazione in tre minuti e la potenza è balzata da zero a 3 GW.
2. Il gas naturale si fa carico dell'onere
Tutte e sette le centrali nucleari spagnole sono state spente automaticamente a causa di meccanismi di protezione e, a causa dell'effetto "avvelenamento da xeno-135", ci vogliono dalle 24 alle 48 ore per riavviarle. In caso di instabilità nella produzione di energia eolica e solare, le centrali a ciclo combinato a gas naturale sono diventate il pilastro del ripristino della rete elettrica.
3. Strategia di sincronizzazione dell'isola
Gli operatori suddividono il Paese in più regioni (come Aragona-Catalogna, Galizia-León, ecc.) e le ripristinano e sincronizzano gradualmente, come in un puzzle. Ogni regione deve prima stabilire un'"isola" di frequenza stabile a 50 Hz prima di connettersi con cautela alle altre regioni.
Vale la pena notare che l'interruzione di corrente in Spagna è durata solo quattro o cinque secondi a San Vicente del Monte, l'unico villaggio spagnolo che non ha subito interruzioni di corrente, appartenente alla città di Valdáliga. Nel 2020, Viesgo ha implementato un innovativo progetto di accumulo di energia nel villaggio. Considerando il consumo medio di elettricità diurno di 50 kWh della città di Mont Saint Vincent, il progetto può garantire la fornitura di elettricità alla zona per circa 5 ore.
Quando la quota di energia rinnovabile è troppo elevata (mancando l'inerzia di stabilità della rete tipica dell'energia tradizionale), la resilienza della rete europea esistente è già insufficiente. È necessario aumentare gli investimenti in inverter a livello di rete, sistemi di accumulo di energia a batteria, energie rinnovabili sincrone (biomassa/accumulo tramite pompaggio) e linee di interconnessione. Sebbene questi interventi siano già in fase di pianificazione, non sono riusciti a prevenire in tempo la crisi dei blackout e delle partenze senza elettricità.
