Ερευνητές από το γερμανικό ερευνητικό κέντρο Forschungszentrum Jülich ανακάλυψαν γιατί η συχνότητα των ηλεκτρικών δικτύων παρουσιάζει στιγμιαία πτώση κάθε 60 δευτερόλεπτα σε πέντε ηπείρους. Η αιτία εντοπίζεται στις εφεδρικές μπαταρίες, κυρίως εκείνες που χρησιμοποιούνται στα κέντρα δεδομένων (data centers), οι οποίες πραγματοποιούν ελέγχους της κατάστασης φόρτισής τους ακριβώς την ίδια χρονική στιγμή, σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature Energy.
Η συχνότητα εκφράζει τον ρυθμό με τον οποίο ταλαντώνεται το εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα και στην Ευρώπη ανέρχεται στα 50 Hertz (Hz). Οι διαχειριστές των ηλεκτρικών συστημάτων οφείλουν να τη διατηρούν εντός συγκεκριμένων, στενών ορίων.
Σύμφωνα με τη μελέτη, το φαινόμενο παρατηρείται στα ηλεκτρικά δίκτυα της Ευρώπης, της Βόρειας Αμερικής και της Αυστραλίας, καθώς και σε μικρότερα συστήματα, όπως εκείνα της Μαλαισίας, της Νότιας Κορέας, της Νότιας Αφρικής, της Ιρλανδίας και της Ισλανδίας.
Για χρόνια, οι επιστήμονες αδυνατούσαν να εξηγήσουν την αιτία αυτών των περιοδικών διακυμάνσεων. Αφού απέκλεισαν το ενδεχόμενο να ευθύνονται οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί, ο φυσικός Ντιρκ Βίτχαουτ, επικεφαλής της έρευνας, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι μόνο ένας μηχανισμός συγχρονισμένος με ρολόι θα μπορούσε να προκαλεί ένα τόσο ακριβές και επαναλαμβανόμενο μοτίβο.
Μία μόνο συσκευή δεν θα μπορούσε να προκαλέσει τέτοια μεταβολή. Θα έπρεπε να υπάρχουν πολλές συσκευές που καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια ταυτόχρονα.
Για να εντοπίσουν την πηγή του φαινομένου, οι ερευνητές εγκατέστησαν συσκευές μέτρησης σε περίπου 80 σημεία των εγκαταστάσεων του ερευνητικού κέντρου στο Γιούλιχ της Γερμανίας.
Σε τέσσερα κτίρια παρατηρήθηκαν αιχμές κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας κάθε λεπτό. Το κοινό χαρακτηριστικό τους ήταν ότι διέθεταν συστήματα αδιάλειπτης παροχής ρεύματος (UPS), δηλαδή εφεδρικές μπαταρίες που διατηρούν τις ηλεκτρονικές συσκευές σε λειτουργία σε περίπτωση διακοπής της ηλεκτροδότησης.
Αντίθετα, στα κτίρια που δεν διέθεταν τέτοιου είδους συστήματα δεν καταγράφηκε το συγκεκριμένο μοτίβο.
Οι επιστήμονες μέτρησαν στη συνέχεια την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος στους ακροδέκτες μιας από αυτές τις μπαταρίες και εντόπισαν σύντομες αιχμές κάθε 60 δευτερόλεπτα.
Ο κατασκευαστής επιβεβαίωσε, ανεξάρτητα από την ερευνητική ομάδα, ότι οι αιχμές αυτές οφείλονταν σε περιοδικούς αυτοδιαγνωστικούς ελέγχους του συστήματος διαχείρισης της μπαταρίας.
Η ηλεκτρική διαταραχή μεταφέρεται μέσω των μετασχηματιστών μέχρι το δημόσιο δίκτυο υψηλής τάσης των 110 κιλοβόλτ.
Δεν υπάρχει κάποιος κανονισμός που καθορίζει πόσο συχνά πρέπει να ελέγχεται μια μπαταρία.
Ο Βίτχαουτ εκτιμά ότι οι κατασκευαστές θεώρησαν εύλογο να πραγματοποιούνται αυτοί οι έλεγχοι ανά 60 δευτερόλεπτα, επιλέγοντας ως χρονική στιγμή έναρξης την αρχή κάθε λεπτού.
Επειδή οι συνδεδεμένες συσκευές διαθέτουν εξαιρετικά ακριβή συγχρονισμό ώρας, καταλήγουν να ενεργοποιούνται όλες ταυτόχρονα.
H πτώση της συχνότητας τετραπλασιάστηκε μέσα σε πέντε χρόνια
Η περίπτωση της Ιρλανδίας αποτυπώνει με συγκεκριμένα στοιχεία την εξέλιξη του φαινομένου. Το 2022, τα κέντρα δεδομένων αντιπροσώπευαν περίπου το 18% της συνολικής ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας της χώρας.
Μεταξύ 2016 και 2021, το εύρος της πτώσης της συχνότητας που καταγράφεται κάθε λεπτό αυξήθηκε από περίπου 3 millihertz (mHz) σε 12 mHz, σημειώνοντας τετραπλασιασμό. Μάλιστα, πιο πρόσφατες μετρήσεις δείχνουν ότι σε ορισμένες χρονικές στιγμές η απόκλιση ξεπερνά τα 20 mHz.
Το μέγεθος αυτό παραμένει σχετικά μικρό σε σύγκριση με τις διακυμάνσεις που μπορεί να αντέξει το ηλεκτρικό δίκτυο.
Σύμφωνα με το TechCrunch, το ηλεκτρικό σύστημα της Ιρλανδίας έχει σχεδιαστεί ώστε να αντέχει αποκλίσεις έως 200 mHz προς τα πάνω ή προς τα κάτω, αν και ο διαχειριστής του προτιμά να τις διατηρεί εντός των 100 mHz.
Ωστόσο, οι ερευνητές προειδοποιούν ότι, εάν οι συγκεκριμένες πτώσεις συμπέσουν με άλλες διαταραχές, η συχνότητα του συστήματος ενδέχεται να πλησιάσει τα όρια του επιθυμητού εύρους λειτουργίας.
Μια από τις επιπτώσεις που καταγράφει η μελέτη αφορά τη μηχανική καταπόνηση των υδροηλεκτρικών σταθμών.
Κάθε αιφνίδια αύξηση της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας προκαλεί στιγμιαία επιβράδυνση των στροβίλων, οι οποίοι στη συνέχεια ανακτούν την κανονική ταχύτητα περιστροφής τους.
Οι ερευνητές δεν αποδίδουν στο συγκεκριμένο φαινόμενο διακοπές ηλεκτροδότησης.
Επισημαίνουν, ωστόσο, ότι η συνεχής επέκταση των συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας, των κέντρων δεδομένων και των διασυνδεδεμένων ηλεκτρονικών συσκευών θα μπορούσε να ενισχύσει τις επιπτώσεις του τα επόμενα χρόνια.
Λύση με μια απλή ενημέρωση λογισμικού
Η λύση που προτείνουν οι επιστήμονες είναι σχετικά απλή και δεν απαιτεί αλλαγές στον υφιστάμενο ηλεκτρολογικό εξοπλισμό.
«Θα πρέπει να κατανέμουμε τους ελέγχους με τυχαίο τρόπο, αντί να τους ξεκινάμε πάντοτε την ίδια χρονική στιγμή», δήλωσε ο Βίτχαουτ σε ανακοίνωση του γερμανικού ερευνητικού κέντρου.
Στην πράξη, αρκεί κάθε κατασκευαστής να προγραμματίζει τον αυτοδιαγνωστικό έλεγχο των μπαταριών σε διαφορετική χρονική στιγμή, είτε με τυχαία επιλογή είτε με καθημερινή μεταβολή της ώρας εκτέλεσης.
Με αυτόν τον τρόπο θα μπορούσε να αποφευχθεί ο ταυτόχρονος συγχρονισμός χιλιάδων ή εκατομμυρίων συσκευών, ο οποίος προκαλεί τις επαναλαμβανόμενες αιχμές κατανάλωσης.
Ο επικεφαλής της έρευνας δεν αποκλείει, πάντως, ότι το πρόβλημα μπορεί να επεκτείνεται πέρα από τις εφεδρικές μπαταρίες.
«Άλλες ψηφιακές συσκευές, όπως τα κλιματιστικά, οι αντλίες θερμότητας, τα πλυντήρια ρούχων και τα πλυντήρια πιάτων, θα μπορούσαν να παρουσιάζουν παρόμοια μοτίβα», ανέφερε.
Η ερευνητική ομάδα εντόπισε, μάλιστα, περιοδικές διακυμάνσεις και σε έναν έξυπνο φούρνο, καθώς και σε ομάδες υπολογιστών.
Το πρόβλημα, ωστόσο, είναι ότι η εγκατάσταση ενημερώσεων λογισμικού σε εκατομμύρια συνδεδεμένες συσκευές δεν αποτελεί εύκολη υπόθεση.
Σύμφωνα με το TechCrunch, πρόσφατη μελέτη διαπίστωσε ότι λιγότερο από το 3% των συσκευών που είναι συνδεδεμένες στο διαδίκτυο χρησιμοποιεί την πιο πρόσφατη έκδοση του εσωτερικού λογισμικού του (firmware).
Το γεγονός αυτό περιπλέκει την εφαρμογή οποιασδήποτε διορθωτικής παρέμβασης σε μεγάλη κλίμακα.
Προς το παρόν, δεν υπάρχει κανονιστικό πλαίσιο που υποχρεώνει τους κατασκευαστές να προγραμματίζουν τους αυτοδιαγνωστικούς ελέγχους των συσκευών σε τυχαίες χρονικές στιγμές.
