Grid elektrik terkejut setiap minit kerana bateri berkongsi satu jam

60 saat. Selama beberapa tahun, frekuensi grid elektrik Eropah merosot seketika pada rentak tepat itu, dan tiada siapa dapat menerangkan sebabnya. Penurunan itu kecil dan tidak berbahaya, tetapi terlalu tetap untuk dianggap kebetulan: setiap minit, bermula pada saat yang sama. Pada 30 Oktober 2026, ahli fizik di Forschungszentrum Jülich di Jerman menerbitkan jawapannya dalam Nature Energy. Punca “tolakan” itu ialah beribu-ribu bateri sandaran yang menguji diri pada permulaan setiap minit. Mereka melakukannya serentak kerana kesemuanya membaca jam yang sama.

“Ia memang bertahun-tahun kerja penyiasatan,” kata Dirk Witthaut, yang mengetuai kajian itu, dalam kenyataan akhbar pusat tersebut. Namun beliau bukan orang pertama yang menyedarinya. TenneT, pengendali grid penghantaran terbesar di Jerman, telah bertahun-tahun melihat rentak satu minit itu dalam datanya tanpa dapat menjelaskannya. Rentak yang sama kemudian muncul dalam grid Britain, Amerika Syarikat, Australia, Iceland, Korea Selatan dan Malaysia. Dan pada musim bunga 2020, ketika industri menjadi perlahan, rentak itu tidak pudar. Ia membesar.

Grid yang berputar seperti satu roda tenaga

Untuk memahami bagaimana satu bateri yang menguji diri di dalam sebuah bangunan boleh dikesan merentasi sebuah benua, anda perlu memahami satu idea.

Ini menjadikan frekuensi pengukur keseimbangan yang amat sensitif. Penurunan bermakna di suatu tempat dalam sistem yang luas, banyak beban baru sahaja dihidupkan serentak. Eropah mengetahui betapa sensitifnya pada 2018. Pertikaian antara Serbia dan Kosovo menyebabkan grid kekurangan tenaga, dan selama beberapa minggu frekuensi purata berlegar sekitar 49.996 Hz. Sisihan sebanyak empat perseribu hertz sudah memadai. Jam pada ketuhar gelombang mikro dan ketuhar biasa mengira masa melalui ayunan arus, dan di 25 negara jam itu lewat hampir enam minit.

Penurunan satu minit itu bekerja secara berbeza. Frekuensi jatuh pada separuh pertama minit dan kemudian pulih, jadi jam tetap tepat. Ia begitu kecil sehingga dalam mana-mana satu minit ia tenggelam di celah goyangan biasa grid. Tetapi apabila banyak minit disusun bertindih, bentuk yang sama muncul setiap kali: merosot pada awal minit, pulih menjelang pertengahan. Mata tidak dapat melihatnya. Statistik boleh.

Lapan puluh meter kuasa dan Bangunan 3

Petunjuk pertama ialah keteraturan itu sendiri. “Kami cepat sedar bahawa puncanya mesti sesuatu yang dikawal oleh jam,” kata Witthaut. Petunjuk kedua: penurunan itu kelihatan di seluruh sebuah negara, jadi tiada satu kilang atau loji janakuasa yang mampu menghasilkannya. Ia memerlukan beribu-ribu peranti yang menarik kuasa pada saat yang sama.

Pencarian bermula di rumah sendiri. Kampus Jülich beroperasi seperti sebuah bandar kecil, dengan rangkaian elektriknya sendiri dan tapak ujian bernama Living Lab Energy Campus. Satu pasukan yang diketuai oleh pengarang pertama makalah itu, Carsten Hartmann, memasang lebih 80 meter kualiti kuasa pada transformer kampus dan merekodkan penggunaan elektrik selama beberapa bulan pada 2024.

Rentak satu minit itu tidak muncul di mana-mana sahaja. Ia hanya muncul di bangunan yang dibekalkan melalui bekalan kuasa tanpa gangguan (UPS) berasaskan bateri, unit yang memastikan pelayan dan makmal terus hidup semasa gangguan bekalan. Bangunan yang penuh dengan komputer tetapi tanpa bateri sedemikian tidak menunjukkan sebarang rentak.

Seterusnya, Hartmann dan rakan-rakannya menumpukan perhatian pada satu pemasangan di Bangunan 3: kabinet bateri berkapasiti 1.5 megawatt, yang ada untuk memastikan bangunan itu terus beroperasi jika bekalan terputus. Pada terminal bateri, mereka menemui lonjakan arus yang singkat tepat pada permulaan setiap minit. Pengilangnya mengesahkan bahawa itu ialah ujian kendiri: sekali seminit, sistem pengurusan memeriksa keadaan sel-sel bateri. Kemudian pasukan itu menjejaki lonjakan tersebut melalui beberapa transformer sehingga ke titik tepat tempat kampus bertemu dengan grid awam.

Sudah tentu, satu bateri di satu kampus tidak akan menggoyangkan sistem kuasa. Tetapi dunia kini mempunyai sangat banyak pemasangan sebegini, dan kesemuanya melakukan perkara yang sama pada saat yang sama.

Jam yang terlalu baik

Mengapa pada saat yang sama? Witthaut mengesyaki kebanyakan pengilang memilih satu minit sebagai selang yang munasabah dan menjadualkan ujian itu pada awalnya, iaitu pada saat sifar. Secara sendirian, setiap bateri berkelakuan dengan sempurna.

Masalahnya ialah jam. Peranti moden menetapkan masanya daripada pelayan masa internet (melalui Network Time Protocol, atau NTP), jadi bagi beribu-ribu bateri milik pemilik yang berlainan, “awal minit” tiba hampir pada detik yang sama. Mesin yang tidak tahu apa-apa tentang satu sama lain telah bergerak seirama tanpa sesiapa merancangnya. Para pengarang menamakan fenomena ini penyegerakan yang tidak disengajakan.

Pracetak kajian itu menambah beberapa contoh rumah tangga. Ketuhar “pintar” yang menyegerakkan jamnya dalam talian juga menarik kuasa dalam corak satu minit yang tetap, tetapi hanya apabila ia berjalan menggunakan pemasa. Mesin dapur Thermomix menarik kuasa dalam puncak berulang, tetapi bukan mengikut minit yang ketat. Komputer riba yang mereka uji tidak menunjukkan sebarang rentak satu minit. Witthaut berhati-hati dalam hal ini: penghawa dingin, pam haba, mesin basuh dan mesin basuh pinggan mangkuk mungkin berkelakuan serupa, tetapi belum ada yang memeriksanya.

Petunjuk dari Mallorca

Rentak satu minit paling kuat dalam grid besar yang saling bersambung, seperti grid Eropah, Amerika Syarikat dan Australia. Tetapi bukti yang paling nyata datang dari sebuah pulau kecil.

Mallorca, sebuah pulau Sepanyol di Laut Mediterranean, tidak diselaraskan dengan tanah besar Eropah: gridnya mengekalkan frekuensinya sendiri. Pada penghujung 2019, frekuensi itu tidak menunjukkan rentak satu minit. Menjelang 2025, rentak itu jelas kelihatan.

Dalam tempoh di antaranya, Kepulauan Balearic telah memasang storan bateri.

Apabila goyangan kecil tidak lagi kecil

Buat masa ini penurunan itu tidak mendatangkan bahaya kepada grid: ia belum mencapai tahap berbahaya, dan para pengarang tidak menggambarkannya sebagai ancaman gangguan bekalan yang akan berlaku. Yang membimbangkan mereka ialah grid semakin ringan. Turbin berat berputar di loji arang batu dan gas dahulu menyerap kejutan dengan jisimnya sahaja, seperti roda berat yang tidak terjejas oleh bonggol. Panel solar, turbin angin dan bateri disambungkan melalui elektronik dan tidak menambah jisim sedemikian. Dalam grid yang lebih ringan, kejutan yang sama menggoyangkan frekuensi dengan lebih kuat.

Angka Britain menunjukkannya. Kejutan satu minit di sana hampir tidak bertambah kuat, tetapi ayunan frekuensi bertambah, kerana grid telah kehilangan sebahagian loji berputar yang berat.

Pada musim bunga 2020, isyarat satu minit, secara purata mingguan, membesar kepada kira-kira 1.3 hingga 1.4 kali ganda saiz asalnya, walaupun output industri menurun. Para pengarang mengaitkannya dengan lonjakan trafik internet dan mungkin penggunaan pusat data yang lebih tinggi, tempat bateri sedemikian terutamanya banyak. Di Ireland, tempat isyarat itu meningkat empat kali ganda, pusat data sudah menggunakan 23% daripada elektrik bermeter negara itu.

Kosnya sudah nyata. Setiap penurunan seketika memperlahankan turbin loji hidroelektrik; turbin itu berputar semula, dan logam haus lebih cepat. Dalam grid Nordik, loji janakuasa bertindak balas terhadap perubahan frekuensi yang paling kecil sekalipun, jadi setiap minit mereka perlu menaikkan dan menurunkan output sedikit demi sedikit. Para pengarang menjangkakan ayunan itu terus membesar apabila bateri dan peranti pintar bertambah, dan mengatakan ia mungkin suatu hari nanti mencapai tahap yang penting bagi keselamatan grid.

Penawar satu baris

Penyelesaiannya, kata Witthaut, sangat mudah: “Anda hanya perlu mengagihkan pemeriksaan itu secara rawak, bukannya sentiasa memulakannya pada masa yang sama.” Jika setiap bateri menguji diri bukan pada saat sifar tetapi pada saat rawaknya sendiri, beribu-ribu kejutan kecil akan tersebar sepanjang minit dan bukannya bertindih menjadi satu kejutan besar.

Seorang pengilang sudah mengimbangi masa ujiannya dan menukar imbangan itu setiap hari. Yang lain masih menguji mengikut jadual satu minit yang ketat, dan tiada apa yang memaksa mereka berubah: tiada piawaian yang memberitahu sesebuah bateri pada saat mana ia harus memeriksa dirinya.

Grid elektrik telah menghabiskan beberapa dekad belajar bertahan daripada gangguan bekalan, ribut dan puncak waktu petang. Kini ia perlu menghadapi ketepatan masa yang sempurna daripada mesin yang hanya menjalankan tugasnya tepat pada waktunya.