Η ανάγκη επανασχεδιασμού της ασφάλειας εφοδιασμού στην εποχή της Πράσινης Μετάβασης.

Την 15η Φεβρουαρίου 2021, μια από τις πλουσιότερες ενεργειακά περιοχές του κόσμου, το Τέξας βυθίστηκε στο σκοτάδι, υπογραμμίζοντας για μια ακόμα φορά την ανάγκη επανασχεδιασμού της ασφάλειας εφοδιασμού και ανθεκτικότητας των όλο και στενότερα αλληλοεξαρτώμενων ενεργειακών συστημάτων, στη φάση της “Πράσινης Μετάβασης”.

Ένα κύμα υπερβολικού και απρόβλεπτου για αυτή την νότια πολιτεία των ΗΠΑ  ψύχους, ανάγκασε το Συμβούλιο Αξιοπιστίας Ηλεκτρικής Ενέργειας του Τέξας (ERCOT) να κηρύξει κατάσταση έκτακτης ανάγκης στις 15 Φεβρουαρίου και να αρχίσει τις κυλιόμενες διακοπές ρεύματος που έπληξαν 4 εκατομμύρια πελάτες με συνολικές μειώσεις έως και 27 GW φορτίου ή περίπου το 35% της προβλεπόμενης ζήτησης, με τις συνθήκες αυτές να συνεχίζονται μέχρι και τις 17 Φεβρουαρίου και τις τιμές να αγγίζουν το ανώτατο όριο των $9.000,00/MWh. 

Διάγραμμα 1 

Στον απόηχο του συμβάντος πολλά ειπώθηκαν, αλλά η ψυχραιμότερη ανάλυση καταδεικνύει ότι το πρόβλημα ήταν συνδυασμός πολλών παραμέτρων και δεν μπορεί να αποδοθεί ούτε σε «παγωμένες» ανεμογεννήτριες», οι οποίες εξάλλου αντιπροσωπεύουν μόλις το 10% του ελλείματος, ούτε βέβαια ότι οι συσσωρευτές θα έσωναν τη κατάσταση, αφού η αναπλήρωση της ηλεκτρικής ενέργεια  που περικόπηκε θα χρειαζότανε περίπου 100 εκατομ.  “Powerwalls” του κ. Μασκ.

Το πολικό κύμα ψύχους που έπληξε το Τέξας είχε 3 ταυτόχρονες συνέπειες στο ενεργειακό σύστημα: 

1) Απότομη αύξηση της ηλεκτρικής ζήτησης καθώς μεταξύ άλλων το 60% του γενικότερου πληθυσμού διαθέτει μόνο ηλεκτρική θέρμανση. 

2) Σημαντικά χαμηλότερη παραγωγή Φ.Α. λόγω της πήξης του παραγόμενου νερού στα πηγάδια Φ.Α. με αποτέλεσμα τη μερική φραγή τους. Η μείωση της απόδοσης του “upstream” είχε άμεσο αντίκτυπο στα περιφερειακά συστήματα αγωγών, καθώς οι χαμηλότερες προμήθειες οδήγησαν σε χαμηλότερη πίεση σε όλο το σύστημα και μείωσε τις βραχυπρόθεσμες δυνατότητες εξισορρόπησης από τους λειτουργούς των αγωγών. Έχει αναφερθεί ότι αρκετοί αγωγοί φυσικού αερίου και μονάδες επεξεργασίας στο Τέξας έκλεισαν ή περιόρισαν τις δραστηριότητές τους. Επιπλέον, ορισμένες εταιρείες αγωγών αντιμετώπισαν προβλήματα ιπποδύναμης στους σταθμούς συμπιεστών τους, μειώνοντας περαιτέρω τη φυσική δυνατότητα παράδοσης και τη λειτουργική ευελιξία του συστήματος Φ.Α. Πάνω από τριάντα αγωγοί δήλωσαν “force majeure” ή εξέδωσαν λειτουργικούς περιορισμούς ροών, οι οποίοι ουσιαστικά περιόρισαν την δυνατότητα των “shippers” / Προμηθευτών για αύξηση των  εντολών τους και, ως εκ τούτου, περιόρισαν τη σταδιακή προμήθεια φυσικού αερίου στους πελάτες. Εκτός από τους αγωγούς, ορισμένοι χώροι αποθήκευσης παρουσίασαν ταχεία μείωση του αποθέματος Φ.Α. κάτι που μείωσε σημαντικά τους όγκους του αερίου «λειτουργίας» και, κατά συνέπεια, τα επίπεδα πίεσης, οδηγώντας σε περαιτέρω περιορισμούς λειτουργίας τους.  

Διάγραμμα 2 Παραγωγή Φ.Α. στη «Νότια – Κεντρική» περιοχή των ΗΠΑ 1-16.2.21 (source IEA)

Το 53% της ηλεκτροπαραγωγής στο Τέξας είναι μονάδες Φ.Α. και οι αιχμές φορτίου σχεδόν αποκλειστικά εξυπηρετούνται από αυτές. Την ώρα ακριβώς που το Φ.Α. ήταν απαραίτητο  πιο πολύ από ποτέ,  η παραγωγή και διαθεσιμότητα Φ.Α. ήταν μειωμένη κατά 20%! Κατά συνέπεια οι Ηλεκτροπαραγωγοί εξήγγειλαν διαθέσιμη ισχύ μόλις 31 GW από τα 55 GW εγκατεστημένης ισχύος μονάδων Φ.Α. 

3) Όμως και οι άλλες συμβατικές πηγές ηλεκτροπαραγωγής δεν τα πήγαν πολύ καλλίτερα, με πολλές αστοχίες των συστημάτων στους σταθμούς παραγωγής λόγω παγετού. Οι ανθρακικοί σταθμοί είχαν παραγωγή 40% χαμηλότερη της ικανότητάς τους τους (μείωση 6 GW) και 1 από τις 4 πυρηνικές μονάδες τέθηκε εκτός λειτουργίας λόγω προβλήματος στην κύρια αντλία τροφοδοσίας ύδατος. 

Και οι ανεμογεννήτριες; Το Τέξας έχει 25 GW εγκατεστημένων αιολικών, και η μέση απόδοση παραγωγής τον Φεβρουάριο  αναμένεται συνήθως γύρω στα 6.1 GW. Τελικά τις κρίσιμες μέρες η παραγωγή τους ήταν 3 GW κατά μέσο όρο, και μάλιστα τις πρώτες απογευματινές ώρες της 15/2 η αιολική παραγωγή ήταν μόλις 0.65 GW. Ο πάγος δεν ήταν το μεγαλύτερο πρόβλημα (αν και  αυτός έθεσε εκτός λειτουργίας ένα σημαντικό ποσοστό ανεμογεννητριών), όσο κυρίως η άπνοια, φαινόμενο που είναι γνωστό και στην Ευρώπη ότι συνοδεύει περιόδους υπερβολικού ψύχους.

Οι τρείς συνέπειες του κύματος ψύχους στα ενεργειακά συστήματα του Τέξας, αρχής γενομένης από το απόγευμα της 14ης Φεβρουαρίου, αποτυπώνονται στο Διάγραμμα 3.

Διάγραμμα 3

Θα μπορούσε κανείς να συνοψίσει, ότι τελικά το Τέξας προχώρησε σε εκτεταμένες περικοπές ηλεκτρικής ενέργειας, λόγω ελλείματος στη προμήθεια Φ.Α.  Στο Τέξας ο τομέας της ηλεκτρικής ενέργειας είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας ζήτησης Φ.Α. Η ζήτηση Φ.Α. για ενέργεια στο ERCOT υπερδιπλασιάστηκε - μεταξύ 6 και 15 Φεβρουαρίου. Δυστυχώς, ενώ ο κρύος καιρός αύξησε τη ζήτηση φυσικού αερίου στον τομέα της ενέργειας, μείωσε επίσης την παραγωγή φυσικού αερίου, έτσι ώστε να μην υπάρχει αρκετό αέριο για να καλύψει τις αυξημένες ανάγκες των ηλεκτροπαραγωγών.

Διάγραμμα 4. Ηλεκτρική παραγωγή στο ERCOT 1 – 15 Φεβρουαρίου

Αυτή η χωρίς προηγούμενο ζήτηση οδήγησε τις τιμές του φυσικού αερίου σε πρωτοφανή υψηλά επίπεδα. Οι τιμές σε βασικούς κόμβους στο Τέξας, όπως η Katy και η Waha διαμορφώθηκαν πάνω από 200 USD / MBtu, ενώ οι τιμές εντός της ημέρας στο κέντρο OGT στην Οκλαχόμα αυξήθηκαν σε ιστορικό ρεκόρ 999 USD / MBtu την 16 Φεβρουαρίου 2021. Οι τιμές του Henry Hub αυξήθηκαν σε 16,95 USD / MBtu - το υψηλότερο επίπεδο από τον Φεβρουάριο του 2003.

Ως συνέπεια όλων αυτών, η Αμερική μείωσε κατά 33 εκατομ m3 / ημέρα για τις 3 κρίσιμες ημέρες τις εξαγωγές της σε Φ.Α. προς Μεξικό με αποτέλεσμα να βρεθούν χωρίς ηλεκτρική ενέργεια και 4.7 εκατομ πολίτες της γειτονικής αυτής χώρας. Επίσης την 16/2 ο Κυβερνήτης του Τέξας εξέδωσε οδηγίες προς ιδιωτικές εταιρείες να περιορίσουν στο ήμισυ τις εξαγωγές τους  και παραγωγή LNG. Η κρίση πάντα δοκιμάζει τις διεθνείς εμπορικές και άλλες συμφωνίες.

Μήπως τότε ως συμπέρασμα να εξαγάγουμε ότι η ασφάλεια εφοδιασμού του ΣΗΕ εξαρτάται από το σύστημα Φ.Α.; Αυτό αποτελεί ίσως μια υπερ-απλούστευση. Το Τέξας ιστορικά παρουσιάζει αιχμή ηλεκτρικού φορτίου κατά το μήνα Αύγουστο, όταν δηλαδή η κατανάλωση Φ.Α. για θέρμανση είναι ελάχιστη, είναι γενικά μια πολιτεία με υψηλές μέσες θερμοκρασίες. Συνεπώς δεν έχει δοθεί ιδιαίτερη έμφαση στην ενεργειακή απόδοση των κτιρίων ούτε στα παθητικά ηλιακά συστήματα θέρμανσης, το αντίθετο μάλιστα. Τα παραπάνω σε συνδυασμό με το ότι η θέρμανση είναι κατά 60% ηλεκτρική, επιδείνωσαν τις συνθήκες και τελικά έκαμψαν το ενεργειακό σύστημα. Υπάρχουν όμως και άλλοι παράμετροι, δομικοί αλλά και σε θέματα κανονιστικού πλαισίου αγοράς.

Το ERCOT είναι η φτωχότερα διασυνδεδεμένη ηλεκτρική αγορά των ΗΠΑ, με μόλις 820 MW διασυνδετική χωρητικότητα με το SPP (Southwest Power Pool) και 480 MW με το Μεξικό. Ειδικότερα δεν υπάρχει διασύνδεση με το MISO Ανατολικά, που θα διαφοροποιούσε το ενεργειακό μείγμα καθώς στο MISO υπάρχει περίσσεια εγκατεστημένης ισχύος σε ανθρακικές μονάδες. Επιπλέον το ERCOT βασίζεται σε μια καθαρά ενεργειακή αγορά $/MWh, χωρίς αποζημίωση της διαθέσιμης ισχύος (Capacity Mechanisms), που εφαρμόζεται σε άλλες αγορές των ΗΠΑ. Υποτίθεται ότι το όριο των $9,000/MWh αποτελεί κίνητρο για επενδύσεις που θα εξασφάλιζαν την επάρκεια του Συστήματος, άλλο όμως η θεωρία, στη πράξη το ERCOT είναι η αγορά με το μικρότερο περιθώριο εφεδρειών (Reserve Margin)  στις ΗΠΑ. Όταν ήρθε η ώρα της κρίσης, η προσέγγιση του μοντέλου αγοράς αποδείχθηκε ανεπαρκής να εξασφαλίσει αυτά που θα μπορούσαν ίσως να του διασφαλίσουν μηχανισμοί επάρκειας ισχύος όπως «αγορές διαθέσιμης ισχύος» ή «στρατηγικές εφεδρείες». 

Η ασφάλεια εφοδιασμού και η ανθεκτικότητα των ενεργειακών συστημάτων μας, αποτελεί απόλυτη προτεραιότητα για να διασφαλιστεί η απαραίτητη κοινωνική αποδοχή για την εμβάθυνση της «πράσινης μετάβασης». Η προσέγγιση στο σχεδιασμό πρέπει να είναι ολιστική, κανονιστικό πλαίσιο, μοντέλο αγοράς, ενεργειακή απόδοση, ΑΠΕ, ευελιξία, επενδυτικά κίνητρα, εξοπλισμός και σχεδιασμός των συστημάτων και η αλληλοεπίδραση τους, όλα αποτελούν «αντηρίδες» του ίδιου πυλώνα. 

Ο κ. Νίκος Φ. Φρυδάς είναι Principal, Energy Sector - Grant Thornton Greece

Διάγραμμα 2 Παραγωγή Φ.Α. στη «Νότια – Κεντρική» περιοχή των ΗΠΑ 1-16.2.21 (source IEA)

1 Μαρτίου 2021

energypress