Науковці з’ясували, чому в електромережах щохвилини виникають коливання

05 листопада 2026 р. 23:10

05 листопада 2026 р. 23:10

Щохвилини в електромережах різних країн виникає невелике, але напрочуд регулярне коливання частоти. Дослідники пов’язали це з програмними перевірками акумуляторних систем, які вмикаються одночасно. Результати дослідження, опублікованого в журналі Nature Energy 30 жовтня, пояснюють, як дії безлічі окремих пристроїв стають помітними на рівні цілої енергосистеми.

Це не означає, що електроенергія щохвилини відключається: спостережувані відхилення поки що не вважаються критичними для стабільності мережі. Однак вони змушують обладнання електростанцій постійно реагувати на короткочасні зміни навантаження.

Деталі

Оператор електромереж TenneT Germany роками фіксував короткочасне зниження частоти рівно через 60 секунд. Команда під керівництвом Дірка Віттхаута (Dirk Witthaut) з Дослідницького центру Юліх разом із колегами з Кельнського університету та Технологічного інституту Карлсруе вивчила частотні ряди з 12 енергосистем на п’яти континентах. Повторюваний хвилинний сигнал було виявлено в усіх проаналізованих мережах.

Частота змінного струму залежить від балансу виробництва та споживання електроенергії. Коли споживання на мить зростає швидше, ніж виробництво, частота знижується. Дослідники встановили, що для настільки точного повторення потрібна не окрема несправна установка, а безліч пристроїв, що працюють за одним розкладом.

Підказку дали вимірювання у 80 точках дослідницького кампусу Living Lab Energy Campus у Юліху. Найбільш виражені хвилинні стрибки навантаження виявили у чотирьох будівлях з акумуляторними джерелами безперебійного живлення (ДБЖ). Під час детального вивчення однієї системи дослідники простежили короткі імпульси від батарей до підключення до мережі напругою 110 кВ. Виробник підтвердив: причиною були періодичні самоперевірки програмного керування батареями.

Проблема не в самих перевірках, а в їхній синхронності. Коли велика кількість ДБЖ запускає тест на початку кожної хвилини, окремі невеликі сплески споживання сумуються. За оцінкою авторів, для континентальної Європи коливання частоти з амплітудою 0,003 Гц відповідає узгодженій зміні потужності приблизно на 80 МВт. Це розрахунок для енергосистеми в цілому, а не навантаження одного акумулятора.

На прикладі Ірландії вчені зафіксували збільшення амплітуди хвилинного сигналу приблизно з 0,003 Гц у 2016 році до 0,012 Гц у 2021-му. Це зростання збіглося з розширенням інфраструктури дата-центрів, що використовують ДБЖ, але дослідження не доводить, що саме вони пояснюють усе збільшення. Автори також припускають вплив інших пристроїв, керування якими прив’язане до годинника.

Чому це важливо

Навіть невеликі, але повторювані коливання вимагають регулювання потужності. Особливо чутливі до них гідроелектростанції: турбінам доводиться регулярно сповільнюватися та прискорюватися, що збільшує знос. У міру поширення акумуляторів, дата-центрів і цифрових контролерів кількість пристроїв, що спрацьовують одночасно, може зростати.

«Потрібно просто розподілити перевірки у випадковому порядку, а не завжди запускати їх одночасно», — запропонував Дірк Віттхаут. Для однієї з досліджених установок виробник уже випустив оновлення програмного забезпечення: сувора хвилинна періодичність послабшала, хоча повністю усунути проблему не вдалося.

При цьому результати не свідчать про неминучі аварії чи перебої з електропостачанням. Вони вказують на іншу проблему: навіть техніка, що коректно працює окремо, здатна створювати загальне навантаження, якщо її програми діють синхронно. Для стабільності енергосистеми важливі не тільки характеристики обладнання, а й час виконання вбудованих команд.

Джерело

Carsten Hartmann та співавтори, « Однохвилинні коливання частоти внаслідок ненавмисної синхронізації в кіберфізичних енергосистемах », Nature Energy, 30 жовтня 2026 року. DOI: 10.1038/s41560-026-02144-0 . Додатково: офіційне повідомлення Дослідницького центру Юліх від 30 жовтня 2026 року.

Наука