Yıllardır dünya genelindeki şebeke yöneticilerini şaşırtan gizemli elektrik anomalileri var. Her 60 saniyede bir şebeke frekansı küçük de olsa düşüyor.
Garip olan şu: Bu düşüşler ülkeler ve kıtalar arasında aynı anda gerçekleşiyor.
Almanya’daki Forschungszentrum Jülich’te araştırmacı olan Dirk Witthaut’un çözemeden geçemediği bir gizemdi bu.
Almanya’nın en büyük iletim sistem işletmecisi Tennet Germany, bulmacayı Witthaut’a getirdi ve nedenini belirlemek için yıllar süren araştırma ve modelleme çalışması gerekti. Avrupa’dan Avustralya’ya, ABD’den Malezya’ya kadar aynı örüntü verilerde görülüyor.
Böyle frekans düşüşleri alışılmadık değil ama endişe verici. Oluşumlarının bu kadar düzenli olması olguyu daha da ürkütücü kılıyor.
Şebekeyi dengelemek
Şebekenin düzenli çalışması frekansın belirli bir aralıkta tutulmasına bağlı. Salınımlar çok büyürse ya da işletmeciler nedenini bilmeden yanlış müdahale ederse, bu durum elektrik kesintilerine yol açabilir. Düşmeler kesintiye neden olmasa bile, özellikle hidroelektrik türbinlerinde kontrol edilmezse santral ekipmanlarına zarar verebilir.
Hidroelektrik santralleri tarihsel olarak sözde ultra düşük frekans salınımlarının başlıca kaynağı olmuştur. Her türbin titreşir ve bu titreşimler rezonans frekansı olarak bilinen belirli bir düzenlilikle oluşursa büyüyebilir, bazen tehlikeli boyutlara ulaşabilir. Bir opera sanatçısının güçlü sesiyle şarap kadehinin kırılması gibi, bu da rezonanstır.
Böylece Witthaut ve ekibi en olası suçlu görünen hidroelektrik enerjiye odaklandı. Hipotezi test etmek için İskandinav şebekesindeki bir hidroelektrik santral kontrol sistemi bilgisayar modelini kullandılar.
Dakikada bir tepe yapan bir rezonans üretebilecek koşulları bulmayı başarsalar da, bunun neden bu kadar uzun süre devam ettiğini açıklayamadı. Mekanik sistemlerdeki rezonanslar genellikle gelip geçer ve elektrik şebekesindeki eşlik eden sinyal de öyle olur. Oysa bu frekans düşüşü dakika dakika dakika devam ediyordu. Her 60 saniyede bir, aksatmadan.
O zaman ekibe, böyle saat gibi çalışan bir şeyin elbette bir saate ihtiyacı olduğu gerçeği doğdu. Bu kadar akıl almaz zamanlamayı nasıl açıklayabilirlerdi?
İpuçları aramak
Bu hipoteze ek olarak araştırmacılar evlerine yakın bir yerden başladı ve Jülich kampüsüne 80’den fazla akıllı güç kalitesi ölçer yerleştirdi. Araştırma alanı orta ve düşük gerilim dağıtım hatları, transformatörler, güneş panelleri ve kesintisiz güç kaynağı olarak hizmet veren batarya enerji depolama sistemleriyle donatılmış. Yüksek performanslı bir bilgisayar sistemi ve çok daha küçük UPS cihazlarıyla beslenen ofis bilgisayarları da bulunuyor. Güç kalitesi ölçerleri frekans, gerilim, akım ve güç dahil bir dizi özelliği her üç saniyede bir örnekliyor.
Kısa sürede araştırma ekibi cevabına ulaştı. Batarya enerji depolama sistemine bağlı transformatörde kaydedilen ölçümler, büyük şebekelerdeki gibi her dakikada tepe yapıyordu.
Çoğu sabit batarya, veri merkezi UPS’lerinden büyük ölçekli şebeke bataryalarına kadar, durumlarını her dakika kontrol ediyor. Bu cihazlar internete bağlı olduğundan saatleri neredeyse mükemmel senkronizasyonda. Biri şarjını kontrol ettiğinde geniş şebekede oluşan bozulma algılanamaz düzeyde. Ama hepsi birlikte yaptığında bu bozulma belirgin hale geliyor.
UPS’lerin şebekede başlıca suçlu olduğuna dair kanıt bulmak için Witthaut ve ekibi şebeke işletmecilerinin sağladığı verilere yöneldi. Cevabı İrlanda’da buldular.
Orada veri merkezleri ülkenin elektriğinin büyük bir kısmını tüketmeye başladı. 2022’ye gelindiğinde veri merkezleri İrlanda şebekesi yükünün yüzde 18’ini oluşturuyordu ve her tesis bir UPS filosu tarafından besleniyordu. Kesin olarak, 2016 ile 2021 arasında İrlanda şebekesindeki dakika bazlı frekans düşüşü 2016’daki 3 milihertz’den 2021’de 12 milihertz’e dört kat arttı. Daha yakın dönemde bazı düşüşler 20 milihertz’i aştı.
İrlanda’nın 50 hertz’lik şebekesi artı eksi 200 milihertz’lik dalgalanmalara dayanacak şekilde inşa edildi, ancak şebeke işletmecisi dalgalanmaları 100 milihertz ile sınırlamayı tercih ediyor. Bu aralıkta 20 milihertz çok değil, ama veri merkezleri şebekedeki tek yük değil. Diğer yükler de frekansı düşürürse, her UPS’in durum kontrolü için yaptığı ek baskı şebekeyi elektrik kesintisi koşullarına itebilir.
Çözüm
Sorun tamamen önlenebilir. Witthaut ve ekibi, UPS ve şebeke ölçekli batarya üreticilerinin durum kontrolünü tam dakikada değil, programa bir miktar rastgelelik ekleyerek yapmasını öneriyor.
Bugün sorunu UPS’ler yaratıyor olsa da, olgunun sürme riski var. Araştırmacılar ayrıca IoT cihazlarını da test etti. Akıllı bir fırından Raspberry Pi kümelerine kadar çeşitli cihazlarda periyodik güç dalgalanmaları tespit edebildiler. Çözüm basit bir yazılım yaması, ancak birçok IoT cihazı yama almıyor. Son bir araştırmaya göre IoT cihazlarının yüzde 3’ten azı en güncel ürün yazılımını çalıştırıyor.
Regülatörlerin yakında değişiklik talep etmek için devreye girmesi gerekebilir, ancak her biri yalnızca kendi şebeke parçasını ele alabilir. Küresel nitelikteki bir sorun için sonuçta küresel bir koordinasyon gerekecek. Gizem çözülmüş olabilir, ama sorun yıllarca sürebilir.
