Bart István, klíma- és energiapolitikai szakértő egyáltalán nem vicces bonmot-ja szerint „…a mostani nyár a hátralévő életünk leghűvösebb nyara”. A környezeti feltételek – így a hőmérséklet, tágabb értelemben az időjárás, még tágabb értelemben a klíma – a villamosenergia-termelésre és elosztásra is kihatnak. Ezért indokolt áttekinteni, hogy a globális felmelegedésből, a klímaváltozásból fakadóan mely energetikai tevékenységek ill. technológiák várhatóan milyen környezeti fenyegetésekkel néznek szembe. E fenyegetések ismerete azért is szükséges, mert lehetnek olyan APT támadók, amelyek éppen ezekre az extrém időjárási helyzetekre készülve és kihasználva súlyosbíthatják támadásuk következményeit. A jövőben e fenyegetésekkel is egyre inkább számolni kell a villamosenergia-rendszer rezilienciájának egyéb okokból is szükséges megerősítésekor.
A cikksorozat 1. része az aszály egyes hatásait ismertette. A 2. rész az aszálynak az erőművek hűtésére gyakorolt hatásait tekintette át. A mai 3. rész a szélsőséges téli időjárás lehetséges hatásait mutatja be.
Annak tükrében, hogy az elmúlt néhány évben télen még fagypont alá is csak mutatóba szállt a hőmérséklet, hó is alig esett, felvetődhet a téma relevanciájának kérdése. Nem lehet-e, hogy a globális felmelegedés egyik hatásaként egyre kevésbé kéne számolni a téllel és annak velejáróival?
Ez ellentmondás, de csak látszólag, mert
miközben a telek enyhülnek,
a téli szélsőségek erősödnek.
Az ellentmondás oka a polar vortex (poláris örvény) nevezetű légköri jelenség. A poláris örvény mind, az északi, mind a déli sarkvidék felett előforduló – az északi sark felett némileg erősebb –, nagy sebességgel forgó, ciklonok (alacsony nyomású) légtömegek. Ezek a forgó légtömegek a hideg levegőt a sarkok felett tartják, ezzel egyrészt csökkentve a sarkvidéki hó és jég olvadását, másrészt a kontinentális területeket védve a fagyoktól. Normál körülmények között a poláris örvény széle párhuzamosan áramlik a szélességi körökkel. Ám bizonyos légköri helyzetekben a poláris örvény szélső áramlásai gigantikus hullámvonalban kezdenek mozogni. Ez azt jelenti, hogy az alapesethez képest a poláris örvény hatóköre egyes földrajzi helyeken északabbra, más helyeken délebbre nyúlhat. Ezzel az amúgy a szélső áramlatokkal keretek között tartott hideg légtömegek is eljuthatnak az egyébként mérsékeltebb időjáráshoz szokott távolabbi kontinentális területekre is (pl. az USA-ba, vagy Európába). De fordítva, sarkvidéki területeken is ottani léptékkel extrém melegek fordulhatnak elő.
Önmagában a poláris örvények széleit alkotó ún. futóáramlások is kiválthatnak olyan további áramlásokat (ún. zonális áramlásokat), amelyek szintén időjárási szélsőségeket okozhatnak.
Maga a poláris örvény jelenség nem a globális felmelegedés következménye, már a XIX. század közepétől ismert, ám instabilitási jelenségeinek szaporodása vélhetően nem független a globális felmelegedéstől. A kutatások mindinkább abba az irányba mutatnak, hogy a poláris örvények légtömegeinek forgási sebessége a globális felmelegedés egyik hatásaként egyre inkább csökken, ezek „hideg-megtartó” képességének csökkenésével együtt.
2018-ban az USA-ban, Chicago-ban, poláris örvény jelenség miatt -27 fok volt.
Az USA középső részén 2021. februárban ismét kemény fagyok voltak, -30 °C alatti hőmérsékletekkel.
A legemlékezetesebb hazai poláris örvény jelenség a 2013. március 15-vel kezdődő napokban sújtotta Magyarországot, a későbbiekben olvasható módon több szempontból is súlyos csapást mérve a magyar villamosenergia-rendszerre.
A poláris örvény jelenségek közül a jég, a csapadék, a szél, de főleg ezek kombinációja jelenthet súlyos fenyegetést a villamosenergia-rendszerre.
I. Jég
Az extrém hidegben kialakulható vastag jégréteg valamennyi szabadtéri villamostechnológiai berendezésben meghibásodásokat okozhat, főleg, ha a későbbiekben leírt halmozott környezeti hatások jelentkeznek.
2017. január közepén szinte egész Európát egy poláris örvény miatti kemény hideg érintette. Az ENTSO-E rendszer tagországai közül Németország különösen érintett volt, ahol a fagyokat szélcsend is kísérte, így a szenes erőművek nehézségei miatt egyébként is csökkenő német villamosenergia-termelés a szélerőművek termelésének minimálisra csökkenése miatt drasztikusan visszaesett.
Ugyanez a poláris örvény több szerencsétlen körülmény egybeesése miatt forrásoldalon Magyarországon is kritikus helyzetet teremtett. A Dunamenti és a Bakonyi Erőmű termelését blokkhibák csökkentették, míg a Gönyűi Erőműben eleve tervezett leállás volt.
A Mátrai Erőműben a kemény fagyban tömbökké állt össze a lignit. Emiatt a kazánokba csak óriási erőfeszítésekkel és így is csak csökkent mennyiségben tudott tüzelőanyag jutni. Ez több száz MW-os termeléskiesést okozott.
Önmagában Mátrai és a Dunamenti erőművek kiesése is 1000+ MW forrásoldali hiányt okozott. Ebben a helyzetben az ellátás fenntartása érdekében kényszerű import lehetett a megoldás, ám a poláris örvény miatt kontinentális szinten is visszaesett termelés miatt a villamosenergia rendkívül megdrágult. Emiatt a termelés-fogyasztás egyensúly fenntartása érdekében Magyarországnak rendkívül drágán kellett villamosenergiát importálnia.
II. Csapadék
Bár az aszály egyre inkább évszaktól független jelenséggé válik, ám egy poláris örvény jelentős csapadékot is hozhat, amely nyáron pusztító felhőszakadások, télen pedig jellemzően eső, ónos eső és hó formájában érintheti a villamos berendezéseket is. Az eső és alapesetben a hó nem okoz különösebb gondot. Ám 0 °C környéki havazáskor adódhat olyan speciális helyzet, amikor a hó „tapadóssá” válik, egyre vastagodva a berendezésekre rakódva és odafagyva jelentős súllyal terheli azokat. Ez a hóteher elsősorban a távvezetéki sodronyokat veszélyezteti.
Ennél is nagyobb veszélyt jelent az ónos eső. A mozgó alkatrészek összefagyása a szabadtéri kapcsolóberendezésekben okozhat működtetési gondokat.
A sodronyokra fagyó eső súlyos „jégcsövekkel” veszi körül a sodronyokat, gyakori vezetékszakadásokat okozva.
A nagy súly a távvezetéki oszlopokat is túlterhelheti, azok törését, avagy akár azoknak a talajból való kifordulását is okozva.
III. Szél
A szél – főleg, ha nagyjából merőleges a nyomvonalra – a távezetéki sodronyok egyre erősebb, de rendezetlen lengését okozhatja. Amennyiben ezek a lengések azonos fázisba kerülnek, a távvezetéki tartóoszlopokat többlet dinamikus igénybevétel éri. A tartóoszlopok alapesetben ezeket a terheléseket károsodás nélkül elviselik. Általában a hó sem gond, mert a szél lefújja. Ám a sodronyokra tapadó említett „nedves hó”, de főleg a sodronyra fagyó ónos, de akár „csak” zúzmara” is olyan többlet súlyt jelent, amely a szél által meglengetett és azonos fázisban lengő sodronyok esetén a távvezetéki oszlopokat túlterhelheti és azok töréséhez vezethet.
2015. decemberében a Gödöllői dombság térségében jöttek létre olyan meteorológiai viszonyok, amelyek átviteli hálózati távvezetékek sodronyainak extrém jegesedését, majd a szél hatására több távvezetéki oszlop törését is okozták. A földre került távvezetéki sodronyok miatt utakat is le kellett zárni.
IV. Halmozódó időjárási fenyegetések
A sorolt szélsőséges hatások akár együttesen is felléphetnek, tovább súlyosbítva a villamos technológiában általuk okozott fennakadásokat, károkat.
A globális felmelegedés miatt szaporodó időjárási szélsőségek egyre gyakrabban jelentkeznek orkán erejű szél formájában. Ez fagypont alatti hőmérséklettel és ónos esővel párosulva távvezetéki sodronyszakadásokat, sőt oszloptöréseket okozhat. Az évtizedekkel korábban létesített távvezetékeket nem ilyen szélsőséges igénybevételekre tervezték, méretezték.
2013. március 14-15-én poláris örvény miatti szélsőséges időjárás sújtotta Magyarországot, főleg annak észak-keleti részét. A kezdődő esőt a hideg légtömeg betörése miatt ónos eső és havazás váltotta fel, viharos széllel súlyosbítva. A távvezetéki sodronyokra több cm vastag jég fagyott. Ez önmagában is hatalmas többletsúllyal terhelte a sodronyokat és főleg középfeszültségen tömeges sodronyszakadást okozott. Súlyosbította a helyzetet, hogy a viharos szél az eljegesedett sodronyok megnövekedett felületébe is jobban bele tudott kapni. A sodronyok rendezetlen lengésbe kezdtek. Azonos lengési fázisba kerülve a távvezetéki tartóoszlopokat érő többlet dinamikus igénybevétel miatt azok sorban törni kezdtek.
Kelet-Magyarországon súlyosan károsodott a MAVIR egy-egy 400 és 220 kV-os (átviteli hálózati) távvezetéke. Szerencsés módon az átviteli hálózat redundanciája miatt még az egyidejű két vezetékszakadás sem okozott ellátási gondot. Ugyanakkor egy másik területen kritikussá vált a helyzet. A 2000-es évektől kezdődően az átviteli hálózati távvezetékek villámcsapások elleni ún. védővezetői lecserélésre kerültek olyan sodronyokra, amelyek belsejében száloptikai összeköttetések futnak. Ezekből az optikai összeköttetésekből kezdett felépülni az ország első optikai gerinchálózata. E hálózat sérülése a villamosenergia-rendszer – és egyéb kritikus infrastruktúrák ill. kormányzati és rendvédelmi szervek – adat- és kommunikációs kapcsolatainak zavarát, megszakadását okozhatta.
Az elosztóhálózaton tömegesen sérültek közép- és kisfeszültségű vezetékek, mintegy 100.000 fogyasztót érintő, helyenként 4-5 napos áramszünetet okozva. A sodronyokon képződött jégréteg súlya közép- és kisfeszültségen tömeges vezetékszakadást, oszloptörést és -dőlést okozott. A zord téli körülmények között a helyreállítás helyenként csak a Katasztrófavédelem és a Honvédség speciális járműveinek bevetésével volt lehetséges.
V. A villamosenergia-rendszer rezilienciájának erősítése
A 2013. márciusi poláris örvény végső lökést adott egyrészt a meglévő távvezetékek teherviselő képességének, az oszlopok állékonyságának megerősítéséhez, másrészt új tervezési irányelvek kidolgozásához.
Olyan speciális távvezetéki üzemállapotok feltételeit is biztosítani kell, amikor úgy és annyi árammal terhelhetők a jegesedő távvezetéki sodronyok, hogy az azokon keletkező veszteség melege biztosítsa a sodronyra fagyott jégréteg leolvasztását. A távvezetékek terjedőben lévő dinamikus igénybevételéhez (DLR: Dynamic Line Rating) amúgy is szükséges helyszíni érzékelők (időjárás, hőmérséklet) segíthetik a szélsőséges időjárási viszonyok kezelését is.
Az egyre gyakoribb időjárási szélsőségek (főleg szélvihar és/vagy ónos eső) miatt a közép- és kisfeszültségű hálózat legkritikusabb helyein felmerülhet a légvezetékek földkábelekkel történő kiváltásának szükségessége. Nyugat-Európához képest Magyarországon lényegesen kisebb a kábelhálózat részaránya. Ugyanakkor a kábelre való átállás magas költsége lassítja a folyamatot.
VI. Kiberbiztonsági vonzat
Az erőművek hűtése is egyike azon körülményeknek, amelyre készülve, számítva egy APT támadó egy adott célpont (ország) villamosenergia-rendszerére egy eleve súlyos helyzet hatásait tovább rontva mérhet csapást. Más országok villamosenergia-rendszerei esetében is okkal feltételezhető, hogy elegendő idővel rendelkező, állami hátterű – azaz erőforrásokkal is bőségesen ellátott (APT) – támadó akár poláris örvény idejére is időzítheti a támadást (akár fizikai beavatkozásokkal is kombinálva). Ezért is fontos azonosítani azokat a környezeti, időjárási állapotokat, amelyekben nő a kibertámadás valószínűsége.
A leírtak alátámasztják, hogy a poláris örvény különösen kritikus a villamosenergia-rendszer működésében. Tisztában kell lenni azzal, hogy ez a tény a potenciális támadók célpont választásában is szerepet játszhat.
A sorozat három cikke figyelmeztetés arra nézvést, hogy a globális felmelegedés egyre gyakrabban teremthet olyan zavarokat a villamosenergia-rendszerekben, amelyeket egy APT támadó kihasználhat, akár kifejezetten súlyos fogyasztói hatásokat is kiváltva.
A kibervédelem fejlesztése során ezzel is célszerű számolni.
Forrás:
