Электр желісі әр минут сайын құлдырайды, себебі аккумуляторлар сағатты салыстырады

60 секунд. Бірнеше жыл бойы Еуропа электр желісінің жиілігі дәл осы ырғақпен сәл құлдырап тұрды, ал оның себебін ешкім түсіндіре алмады. Құлдырау өте шамалы әрі зиянсыз болды, бірақ кездейсоқтыққа сыға алмайтындай тұрақты еді: әр минут сайын, бір секундтан басталады. 2026 жылғы 30 қазанда Германиядағы Юлих зерттеу орталығының (Forschungszentrum Jülich) физиктері жауапты Nature Energy журналында жариялады. Түртпекті әр минуттың басында өзін-өзі тексеретін мыңдаған резервтік аккумулятор жасайды. Олар мұны бір мезгілде істейді, себебі бәрі бірдей сағатқа қарап отыр.

«Бұл шынымен де жылдарға созылған детективтік жұмыс болды», — дейді зерттеуді басқарған Дирк Витхаут орталықтың баспасөз хабарламасында. Бірақ оны байқаған алғашқы адам ол емес. Германиядағы ең ірі тасымалдау желісінің операторы TenneT бір минуттық ырғақты өз деректерінде жылдар бойы көріп жүрді, бірақ түсіндіре алмады. Дәл осындай ырғақ кейін Ұлыбритания, АҚШ, Австралия, Исландия, Оңтүстік Корея және Малайзия желілерінде де табылды. Ал 2020 жылдың көктемінде өнеркәсіп баяулаған кезде ол әлсіремеді. Керісінше, күшейді.

Бір маховик сияқты айналатын желі

Бір ғимараттағы аккумулятордың өзін-өзі тексеруі тұтас құрлықтан қалай байқалатынын түсіну үшін бір ұғым қажет.

Сондықтан жиілік тепе-теңдікті өте нәзік өлшейтін көрсеткіш болып шығады. Құлдырау үлкен жүйенің бір жерінде көп жүктеме бірден қосылғанын білдіреді. Еуропа бұл нәзіктікті 2018 жылы көрді. Сербия мен Косово арасындағы дау желіні энергия тапшылығына ұшыратты, және апталар бойы орташа жиілік 49,996 Гц шамасында тұрды. Герцтің төрт мыңнан бір бөлігіндей ауытқудың өзі жеткілікті болды. Микротолқынды пештер мен духовкалардағы сағаттар уақытты токтың тербелісі арқылы санайды, сондықтан 25 елде олар шамамен алты минутқа артта қалды.

Бір минуттық құлдырау басқаша жұмыс істейді. Жиілік минуттың бірінші жартысында төмендеп, содан кейін қалпына келеді, сондықтан сағаттар дұрыс жүре береді. Ол соншалықты кішкентай, сондықтан кез келген жеке минутта желінің әдеттегі тербелістерінің арасында жоғалып кетеді. Бірақ көптеген минутты бір-бірінің үстіне қойсаңыз, әр жолы бір пішін шығады: минут басында құлдырау, ортасына қарай қалпына келу. Көз мұны көрмейді. Статистика көреді.

Сексен электр өлшегіш және 3-ғимарат

Алғашқы белгі ырғақтың өзінің тұрақтылығы болды. «Себеп сағатпен басқарылатын бір нәрсе екені бізге тез анықталды», — дейді Витхаут. Екінші белгі: құлдырау бүкіл елде көрінеді, демек оны бір зауыт не бір электр станциясы тудыра алмайды. Ол үшін мыңдаған құрылғы бір мезгілде ток тұтынуы керек.

Іздеу өз үйінен басталды. Юлих кампусы шағын қала сияқты жұмыс істейді: өз электр желісі және Living Lab Energy Campus деп аталатын сынақ алаңы бар. Мақаланың бірінші авторы Карстен Хартманн басқарған топ кампус трансформаторларына 80-нен астам электр сапасы өлшегішін орнатып, 2024 жылы бірнеше ай бойы тұтынуды жазды.

Бір минуттық ырғақ барлық жерде көріне бермеді. Ол тек аккумуляторлық үзіліссіз қуат көздері арқылы қоректенетін ғимараттарда ғана пайда болды, яғни электр өшкен кезде серверлер мен зертханаларды тірі ұстайтын құрылғыларда. Компьютерге толы, бірақ мұндай аккумуляторы жоқ ғимараттарда ырғақ байқалмады.

Одан кейін Хартманн мен әріптестері 3-ғимараттағы бір қондырғыға назар аударды: электр өшсе, ғимаратты жұмыс істетіп тұру үшін қойылған, қуаты 1,5 мегаватт аккумуляторлық шкафтар. Аккумулятор клеммаларында олар әр минуттың дәл басында токтың қысқа секірісін тапты. Өндіруші мұның өзін-өзі тексеру екенін растады: минутына бір рет басқару жүйесі элементтердің күйін тексереді. Содан кейін топ сол секірісті бірнеше трансформатор арқылы кампустың қоғамдық желімен түйіскен нақты нүктесіне дейін қадағалады.

Әрине, бір кампустағы бір аккумулятор энергия жүйесін тербете алмайды. Бірақ қазір әлемде мұндай қондырғылар өте көп, және бәрі бір секундта бірдей әрекет жасайды.

Тым дәл сағаттар

Неге дәл бір секунд? Витхаут көптеген өндірушілер минутты қолайлы аралық деп таңдап, тексеруді оның дәл басына, нөлінші секундқа тағайындаған болуы керек деп болжайды. Жеке алғанда әр аккумулятор мінсіз жұмыс істейді.

Мәселе сағатта. Заманауи құрылғылар уақытты интернеттегі уақыт серверлерінен (Network Time Protocol, яғни NTP арқылы) орнатады, сондықтан иелері әртүрлі мыңдаған аккумулятор үшін «минуттың басы» дерлік бір мезетте келеді. Бір-бірі туралы ештеңе білмейтін машиналар ешкім жоспарламай-ақ қадамын қатар баса бастады. Авторлар мұны ниетсіз синхрондау деп атайды.

Зерттеудің алдын ала жарияланымында үй жағдайындағы бірнеше мысал келтірілген. Сағатын интернет арқылы синхрондайтын «ақылды» духовка да тұрақты бір минуттық үлгімен ток тұтынады, бірақ тек таймермен жұмыс істегенде ғана. Thermomix асүй машинасы қайталанатын шыңдармен ток тұтынады, бірақ қатаң минут сайын емес. Олар сынаған ноутбукте бір минуттық ырғақ байқалмады. Витхаут бұл жерде сақ: кондиционерлер, жылу сорғылары, кір жуғыш және ыдыс жуғыш машиналар да осылай жұмыс істеуі мүмкін, бірақ оны әлі ешкім тексерген жоқ.

Майорка белгісі

Бір минуттық ырғақ Еуропа, АҚШ және Австралия сияқты ірі өзара байланысқан желілерде ең күшті. Бірақ нақты дәлел шағын аралдан табылды.

Жерорта теңізіндегі испандық Майорка аралы материктік Еуропамен синхрондалмаған: оның желісінің өз жиілігі бар. 2019 жылдың аяғында бұл жиілікте бір минуттық ырғақ жоқ еді. 2025 жылға қарай ырғақ анық көрінетін болды.

Осы аралықта Балеар аралдарында аккумуляторлық қуат жинақтағыштар орнатылды.

Кішкентай тербеліс кішкентай болудан қалғанда

Әзірге құлдырау желіге қауіп төндірмейді: ол қауіпті деңгейге жеткен жоқ, және авторлар оны жақын арадағы өшудің қаупі деп сипаттамайды. Оларды алаңдататыны — желілердің жеңілдеп бара жатқаны. Көмір және газ станцияларының ауыр айналатын турбиналары бұрын соққыларды жай салмағымен жұтатын, ауыр доңғалақ шұңқырды елемей өтетіні сияқты. Күн панельдері, жел турбиналары және аккумуляторлар электроника арқылы қосылады және мұндай масса қоспайды. Жеңілірек желіде дәл сондай соққы жиілікті қатты тербетеді.

Ұлыбритания көрсеткіштері мұны көрсетеді. Ондағы бір минуттық соққылар қуаты жағынан әрең өсті, бірақ жиіліктің тербелістері өсті, өйткені желі ауыр айналатын станцияларының біразынан айырылды.

2020 жылдың көктемінде апта бойынша орташаланған бір минуттық сигнал бұрынғы мөлшерінен шамамен 1,3–1,4 есе өсті, тіпті өнеркәсіп өндірісі құлдырап жатса да. Авторлар мұны интернет-трафиктің шарықтауымен және мұндай аккумуляторлар әсіресе жиі кездесетін деректер орталықтарының ауырырақ пайдаланылуымен байланыстырады. Сигнал төрт есе өскен Ирландияда деректер орталықтары елдің есептегіштері тіркеген электр қуатының 23%-ын тұтынады.

Шығын қазірдің өзінде нақты. Әр құлдырау гидроэлектр станцияларының турбиналарын қысқа уақытқа баяулатады; олар қайта үдейді, ал металл тезірек тозады. Скандинавия желісінде электр станциялары жиіліктің ең кішкентай өзгерісіне де жауап береді, сондықтан әр минут сайын өз қуатын жоғары-төмен түзетуге мәжбүр. Авторлар аккумуляторлар мен ақылды құрылғылар көбейген сайын тербелістердің өсе беретінін күтеді және бір күні олар желі қауіпсіздігі үшін маңызды деңгейге жетуі мүмкін деп есептейді.

Бір жолдық ем

Витхауттың айтуынша, шешім таңқаларлықтай қарапайым: «Тексерулерді әрқашан бір уақытта бастамай, кездейсоқ бөлу керек болады». Әр аккумулятор өзін нөлінші секундта емес, өзінің кездейсоқ секундында тексерсе, мыңдаған шағын соққы бір үлкен соққыға жиналмай, минутқа жайылып кетер еді.

Бір өндіруші тексеру уақытын қазірдің өзінде жылжытады және жылжытуды күн сайын өзгертеді. Қалғандары әлі де қатаң бір минуттық кестемен тексереді, ал оларды өзгертуге ешкім міндеттемейді: аккумуляторға өзін қай секундта тексеру керегін айтатын стандарт жоқ.

Электр желілері ондаған жыл бойы үзілістерден, дауылдардан және кешкі шыңдардан аман қалуды үйренді. Енді олар өз жұмысын уақытында істеп жатқан машиналардың мінсіз ұқыптылығына төзуі керек.