Yıllardır dünya genelindeki elektrik şebekelerinde yöneticileri şaşırtan gizemli anomaliler yaşanıyordu. Her 60 saniyede bir, şebeke frekansında küçük bir düşüş meydana geliyordu. Daha da ilginç olanı, bu düşüşler farklı ülkelerdeki ve kıtalardaki elektrik şebekelerinde tam olarak aynı anda gerçekleşiyordu. Almanya'daki Forschungszentrum Jülich'ten araştırmacı Dirk Witthaut'un ilgisini çeken bu gizem, Tennet Germany'nin konuyu kendisine taşımasıyla yıllarca süren inceleme ve modelleme çalışmaları sonucunda çözüldü.
Şebeke Dengesi ve Olası Tehlikeler
Elektrik şebekesinin düzenli çalışması, frekansın belirli bir aralıkta tutulmasına bağlıdır. Salınımlar çok büyük olursa veya şebeke operatörleri nedenini bilmeyip yanlış müdahale ederse, bu durum elektrik kesintilerine yol açabilir. Frekans düşüşleri doğrudan kesintiye neden olmasa bile, kontrol edilmediğinde elektrik santrallerindeki ekipmanlara zarar verebilir; özellikle hidroelektrik türbinleri risk altında. Hidroelektrik santralleri, "ultra-düşük frekans salınımları"nın (UFLO) ana kaynağı olmuştur. Her türbin titreşir ve bu titreşimler rezonans frekansında düzenli olarak gerçekleşirse tehlikeli seviyelere ulaşabilir. Witthaut ve ekibi, potansiyel suçlu olarak hidroelektriği araştırmaya başladı. Bir hidroelektrik santrali kontrol sisteminin bilgisayar modelini kullanarak hipotezi test ettiler. Dakikada bir zirveye ulaşan bir rezonans üretebilen koşullar buldular ancak bunun neden bu kadar uzun sürdüğünü açıklayamadılar. Mekanik sistemlerdeki rezonanslar gelip giderken, elektrik şebekesindeki sinyal de buna eşlik eder. Ancak bu frekans düşüşü dakika dakika devam ediyordu.
Gizemin Perdesi Aralanıyor: Prizler ve Bataryalar
Ekip, bu kadar düzenli bir zamanlamanın bir "saat" gerektirdiğini fark etti. Bu hipotezle yola çıkan araştırmacılar, Jülich kampüsünün etrafına 80'den fazla akıllı güç kalitesi ölçüm cihazı yerleştirdi. Araştırma sahası, orta ve düşük voltajlı dağıtım hatları, transformatörler, güneş panelleri ve kesintisiz güç kaynakları (UPS) olarak hizmet veren batarya enerji depolama sistemleriyle donatılmıştı. Güç kalitesi ölçüm cihazları, her üç saniyede bir frekans, voltaj, akım ve güç gibi çeşitli özellikleri kaydetti. Kısa sürede araştırmacı ekip cevabı buldu. Batarya enerji depolama sistemine bağlı transformatörde kaydedilen ölçümler, daha büyük şebekelerdeki gibi her dakika zirveye ulaşıyordu. Birçok sabit bataryanın, veri merkezi UPS'lerinden büyük şebeke ölçekli bataryalara kadar, şarj durumlarını her dakika kontrol ettiği ortaya çıktı. Bu cihazlar internete bağlı olduğundan, saatleri neredeyse mükemmel bir senkronizasyona sahiptir. Her biri şarjını kontrol ettiğinde, oluşan bozulma geniş şebekede algılanamaz. Ancak hepsi birlikte bunu yaptığında, bu bozulma belirgin hale gelir. UPS'lerin şebekedeki ana suçlu olduğuna dair kanıt bulmak için Witthaut ve ekibi, şebeke operatörlerinden alınan verilere başvurdu. İrlanda'da cevaplarını buldular. Orada, veri merkezleri ülkenin elektriğinin büyük bir bölümünü tüketmeye başlamıştı. 2022 itibarıyla veri merkezleri, İrlanda şebekesindeki yükün %18'ini oluşturuyordu ve her tesise bir dizi UPS hizmet veriyordu. Nitekim 2016 ile 2021 yılları arasında İrlanda şebekesindeki dakika bazlı frekans düşüşü, 2016'daki 3 milisaniye (mHz) seviyesinden 2021'de 12 mHz'e dört katına çıktı. Daha yakın zamanda, bazı düşüşler 20 mHz'i aştı. İrlanda'nın 50 Hz'lik şebekesi, artı veya eksi 200 mHz'lik salınımlara dayanacak şekilde tasarlanmıştır, ancak şebeke operatörü salınımları 100 mHz ile sınırlamayı tercih eder. Bu aralıkta 20 mHz çok büyük bir değer olmasa da, veri merkezleri şebekedeki tek yükler değildir. Diğer yükler de frekansın düşmesine neden olursa, her UPS'in şarj durumunu kontrol etmesinden kaynaklanan ek dalgalanma, şebekeyi karartma koşullarına doğru itebilir.
Çözüm: Rastgelelik ve Küresel Koordinasyon
Sorun tamamen önlenebilir nitelikte. Witthaut ve ekibi, UPS ve şebeke ölçekli batarya üreticilerinin şarj durumu kontrolü için tam olarak dakikayı değil, bir miktar rastgelelik eklemesini öneriyor. Şu anda UPS'ler soruna neden olsa da, bu durumun devam etme riski bulunuyor. Araştırmacılar ayrıca Nesnelerin İnterneti (IoT) cihazlarını da test etti. Akıllı bir fırın ve Raspberry Pi kümeleri gibi çeşitli cihazlarda periyodik güç dalgalanmaları tespit edebildiler. Çözüm basit bir yazılım yamasıdır, ancak birçok IoT cihazı yamalanmadan kalıyor. Yakın zamanda yapılan bir araştırmaya göre, IoT cihazlarının %3'ünden azı en son üretici yazılımını çalıştırıyor. Düzenleyiciler yakında değişiklik talep etmek için devreye girebilir, ancak onlar sadece kendi şebekelerindeki sorunları ele alabilirler. Sorunun küresel doğası göz önüne alındığında, nihayetinde küresel koordinasyon gerektirecektir. Gizem çözülmüş olabilir, ancak sorun yıllarca devam edebilir.
