Elektryczne tsunami

Wyjaśnienie fizycznych przyczyn niedawnej awarii energetycznej w Ameryce niespecjalnie przybliżyło nas do odpowiedzi dotyczących granic złożoności systemów technicznych. Wiadomo jednak że również energetyka jest dziedziną, w której komputery powinny za człowieka wykonywać zadania, z którymi on już nie jest w stanie sobie poradzić.

Wyjaśnienie fizycznych przyczyn niedawnej awarii energetycznej w Ameryce niespecjalnie przybliżyło nas do odpowiedzi dotyczących granic złożoności systemów technicznych. Wiadomo jednak że również energetyka jest dziedziną, w której komputery powinny za człowieka wykonywać zadania, z którymi on już nie jest w stanie sobie poradzić.

Nieprzypadkowe jest porównywanie amerykańskiego blackoutu stulecia z błyskawicznie powstającymi falami morskimi w wyniku trzęsienia ziemi. Wiemy, że trzęsienia się zdarzają, czyniąc nieraz olbrzymie spustoszenia, ale nie potrafimy kontrolować ich przebiegu, a nawet przewidywać, kiedy wystąpią. Na szczęście w energetyce sytuacja jest jednak lepsza - w końcu chodzi o system będący wytworem jedynie ludzkiego umysłu.

Mimo to zaskakujące były rozmiary awarii we wschodniej części USA i Kanadzie. Już w połowie lat 60. XX wieku powołano słynny NERC - Północnoamerykańską Radę Niezawodności Elektroenergetycznej (North American Electric Reliability Council). Celem powołania organizacji było właśnie zapobieganie takim awariom, które nawiedziły wtedy USA (z Nowym Jorkiem na czele). Sytuacja powtórzyła się jednak w drugiej połowie lat 70. Następnie na początku 2001 r. ciemności spowiły technologiczne centrum euro-amerykańskiej cywilizacji: Krzemową Dolinę (należy jednak dodać, że w tym ostatnim przypadku dokonano kontrolowanych wyłączeń prądu, aby nie dopuścić do załamania się przeciążonych sieci energetycznych).

Czy można się dziwić, że w tym kontekście bez większego echa przeszła awaria energetyczna w stolicy Anglii, która w końcu sierpnia m.in. "wyłączyła" setki sygnalizatorów świetlnych na ulicach londyńskiego City. Znamienne, że mimo jednoznacznie ostrzegawczego charakteru tych zakłóceń, przedstawiciele koncernów energetycznych w wielu krajach nadal wykluczają - nawet tylko teoretyczną - możliwość wystąpienia tego typu awarii. No cóż, zawczasu mogą nauczyć się formułki powtarzanej z kolei przez firmy energetyczne już dotknięte skutkami awarii: "Dlaczego tak się stało, skoro zaprojektowaliśmy nasze systemy w ten sposób, że miało to być niemożliwe"?

Gigawatowa pogoda

Odpowiedź na proste pytanie, dlaczego doszło do awarii, nie jest prosta, mimo że zrekonstruowano jej przebieg sekunda po sekundzie. Owszem, wiadomo dlaczego dochodziło do określonych sytuacji w łańcuchu lawinowo rozwijających się zdarzeń, ale potrzebne są dalsze badania na poziomie systemowym, a nie tylko pojedynczych urządzeń. Według oficjalnego protokołu NERC w feralny czwartek 14 sierpnia br. o godzinie 15.06 nastąpiła awaria jednej z linii przesyłowych wysokiego napięcia w pobliżu Cleveland (Ohio). Bezpośrednią jej przyczyną był zwiększony pobór prądu, spowodowany w znacznej mierze potrzebami urządzeń klimatyzacyjnych.

Czy można było to przewidzieć? Tak, aczkolwiek nie w skali lokalnej, a jedynie w odniesieniu do poszczególnych podsystemów energetycznych. Niemniej prognozowanie poboru mocy energetycznej wymaga precyzyjnych modeli rozwoju pogody. Takowe istnieją, ale zbyt mała jest moc komputerów, aby dokonać stosownych obliczeń dla zadanego horyzontu czasowego. W praktyce oznacza to, że np. do opracowania dekadowej prognozy pogody potrzeba dwóch tygodni obliczeń, tzn. wartość takiej prognozy jest równie duża jak znajomość prawidłowych wyników sobotniego losowania toto-lotka w poniedziałek.

By zatem zdążyć z prognozą, zwiększa się rozmiary "kostek" przestrzennej siatki węzłów, wirtualnie pokrywających atmosferę naszej planety w modelu meteorologicznym, co niestety ma wpływ na mniejszą dokładność prognozy.

Wróćmy jednak do naszej linii energetycznej, która wypadła z obiegu. Jej moc musiały natychmiast przejąć linie równoległe (zastępcze). Alternatywą byłoby stopniowe wyłączanie prądu. Tak się bowiem składa, że mimo wieloletnich doświadczeń naszej cywilizacji z prądem, nie mamy metod "przechowywania" większych jego ilości.

W systemie energetycznym bilans mocy wpływającej i wypływającej musi być w każdej chwili zerowy i nie ma możliwości, by choć na chwilę "przetrzymać" gdzieś trochę prądu. Co zatem robi się w razie awarii linii? Z jednej strony, dokonuje się energetycznej separacji zagrożonego rejonu, aby nie spowodować wystąpienia błyskawicznie rozprzestrzeniającej się "elektrycznej fali tsunami". Z drugiej zaś, bilansuje się sieć, dokonując jednoczesnego wyłączania źródeł prądu (generatory) i jego odbiorników (tj. odcina się użytkowników).

Zachwianie tej równowagi powoduje efekt "huśtawki systemowej". W ciągu kilku chwil zaobserwowali go na swoich monitorach kontrolerzy Centrum Energetycznego Midwest w Carmel (Indiana). Oto na obszarze kilkunastu federalnych stanów pojawiły się "prądy błądzące", zmieniając gwałtownie swój kierunek. Pierwsza fala niosła ok. 200 MW, druga 500 MW, trzecia zaś już ponad 1100 MW. Taka inwazja mocy nie mogła narastać w nieskończoność i jej finałem było pogrążenie w ciemnościach terytorium zamieszkanego przez nieomal 60 mln ludzi.

Technika wysoka jak napięcie

Nie potwierdziły się spekulacje, że z awarią miały coś wspólnego wirusy komputerowe, choć zapewne niejeden PC spośród tysięcy pracujących w instytucjach energetycznych mógł zostać zakażony. Tym bardziej że jedną z przyczyn "lawiny ciemności" był właśnie zbyt słaby poziom informatyzacji amerykańskich sieci energetycznych. W kierunku jego podniesienia zmierzają zatem nowo rozpoczęte projekty, wśród nich koordynowane przez wspomniany NERC. Dyskusja dotycząca wad i zalet zdecentralizowanego rynku dostawców prądu w Ameryce ma w tym kontekście charakter polityczny, a więc zastępczy.

To oczywiste, że monopole czy oligopole nie są gospodarczym optimum. Co prawda w technicznym wymiarze kontynentalnym nie ma ich też de facto w Europie ze względu na międzynarodowe połączenia energetyczne, choć na obszarach wielu państw klienci nie mają wielkiego wyboru między dostawcami prądu. Tymczasem Ameryka jest sama, mając z lewa i prawa tylko "ścianę", tj. Pacyfik i Atlantyk. Mimo to na ogół nie podważa się głównego kierunku restrukturyzacji amerykańskiej energetyki przyjętego w ostatnich dziesięcioleciach.

Niemniej również w energetyce obowiązuje prawo zgodności poziomów podsystemu informacyjnego i obsługiwanego przezeń materialnego systemu użytkowego. Technika informatyczna musi być tak samo "wysoka" jak napięcie w sterowanych przez nią elektrowniach. Dlatego w energetyce zastępuje się hierarchiczno-telefoniczny system informacyjny low-tech, rozwiązaniami high-tech, korzystającymi z doświadczeń elastycznych sieci internetowych i metod sztucznej inteligencji, takich jak systemy wieloagentowe, sieci neuronowe czy logika rozmyta (fuzzy logic).

Władza dla maszyn

Przykładem takiego systemu jest Telos (Transmission entities with learning capabilities and online self-healing). Analizy finansowe jego instalacji są jednoznaczne - koszty są wielokrotnie mniejsze niż czysto "fizyczna" modernizacja linii energetycznych, która w USA mogłaby kosztować nawet 100 mld USD. Tym bardziej że taka modernizacja i tak nie dawałaby gwarancji stabilności systemu w przyszłości ze względu na wspomniane niedopasowanie jego materialnych i informacyjnych wymiarów.

Nawet wyposażenie 100 mln liczników prądu w amerykańskich domach w mikroprocesory zbierające precyzyjne dane o profilach energetycznych mieszkańców to koszt zaledwie jednego miliarda dolarów. Reszta to "tylko" stosowne przetwarzanie tych informacji i wyciąganie wniosków przekładanych natychmiast na działania operacyjne. Wydaje się, że także w energetyce przekroczyliśmy już granice ludzkich możliwości kontrolowania olbrzymich strumieni danych, które muszą być interpretowane w czasie rzeczywistym.

Kilka niedawnych katastrof lotniczych i codzienne problemy kontrolerów lotów, zwłaszcza na wielkich lotniskach obsługujących ponad 100 tys. startów i lądowań rocznie, spowodowały konieczność zwiększenia "władzy komputerów" w tym obszarze. Kto wie, czy swego rodzaju dominacja maszyn nad człowiekiem objawi się najprędzej tutaj, a nie w postaci człekokształtnych robotów bądź cyborgów rodem z opowiadań Karela C˙apka czy Isaaka Asimova. Może będzie bardziej trywialna i zawita do nas za pośrednictwem XIX-wiecznego wynalazku, tj. gniazdka elektrycznego - pod postacią inteligentnego elektrointernetu.

Sztuczna inteligencja zaczyna udowadniać swoją siłę wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia ze złożonymi sieciami: (tele)komunikacyjnymi i energetycznymi.

W celu komercyjnej reprodukcji treści Computerworld należy zakupić licencję. Skontaktuj się z naszym partnerem, YGS Group, pod adresem [email protected]

TOP 200