2月24日，乌克兰电网运营商将该国电力系统与一直以来与之相连的更大的俄罗斯运营网络断开。这次计划已久的断开旨在进行为期72小时的试验，以证明乌克兰可以独立运行。这项测试是最终与欧洲电网连接的要求，乌克兰自2017年以来一直在为此努力。但演习开始四小时后，俄罗斯入侵了。
乌克兰与欧洲的连接——原定于2023年实现——变得迫在眉睫，工程师们的目标是在短短几周内安全实现这一目标。3月16日，他们达到了同步两个系统的关键里程碑。欧盟能源专员卡德里·西姆森在一份声明中表示，这是“在两周内完成了一年的工作”。这在该领域是非同寻常的。“对于[电网运营商]来说，如此迅速且如此敏捷地行动是前所未有的，”爱尔兰科克大学学院的能源政策研究员保罗·迪恩说。“以前没有任何电力系统同步如此迅速。”
乌克兰于2005年启动了加入欧洲电网的进程，并于2017年与摩尔多瓦一道开始认真朝着这个目标努力。这是与欧洲保持一致并减少对俄罗斯依赖的持续努力的一部分，俄罗斯曾多次威胁乌克兰的主权。“乌克兰只是想在各个方面摆脱俄罗斯的支配地位，电网是其中的一部分，”东欧政策专家、前美国外交官苏里亚·贾扬蒂说，她曾在2018年至2020年担任美国驻基辅大使馆的能源主管。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。
在2月下旬的试运行期结束后，乌克兰电网运营商Ukrenergo曾计划暂时重新加入为俄罗斯和白俄罗斯供电的系统。但俄罗斯的入侵使这变得不可行。“这使乌克兰处于孤立模式，从电力供应的角度来看，这将极其危险，”贾扬蒂说。“这意味着乌克兰无处可进口电力。它成了一个孤儿。”鉴于俄罗斯袭击了关键能源基础设施，例如扎波罗热核电站，这种情况尤其岌岌可危。（根据贾扬蒂的说法，乌克兰的电网最终能够独立运行这么长时间，是因为随着乌克兰人逃离该国，电力需求下降了约三分之一。）
入侵三天后，Ukrenergo向欧洲输电系统运营商联盟（ENTSO-E）发函，请求授权提前连接到欧洲电网。摩尔多瓦运营商Moldelectrica在第二天提出了相同的请求。虽然欧洲运营商希望支持乌克兰，但他们必须保护自己的电网，因此紧急连接过程必须谨慎进行。“公用事业公司和系统运营商出了名的厌恶风险，因为他们的工作是保持照明，确保每个人的安全，”科克大学学院的能源研究员劳拉·梅希根说。
电网是由发电来源和输电基础设施组成的网络，它产生电力，并将其从发电厂、风力发电场和太阳能阵列等地方输送到住宅、医院和公共交通系统。“你不能只是试验一个电力系统，然后希望它能工作，”迪恩说。在需要时将电力输送到需要的地方是一个复杂的过程，几乎没有出错的余地。
电网互联对于这项任务至关重要。连接的系统可以在广阔的区域内共享电力，以便在一个地点产生的过剩能源可以满足另一个地点的需求。“更多的互联互通意味着我们可以更快、更高效、更经济高效地转移电力，并利用低碳或零碳能源，”哥伦比亚大学全球能源政策中心高级研究学者詹姆斯·格林说。但是，连接这些具有许多运动部件的大型网络绝非易事。
互连电网的主要挑战之一是同步，这正是Ukrenergo、Moldelectrica和ENTSO-E上周完成的工作。同步对于共享电力至关重要。这项任务包括对齐连接系统中每个能源发电设施的频率。频率就像电网的心跳。在整个欧洲，能源发电机组中的涡轮机以近乎完美的同步每秒旋转50次。为了让乌克兰和摩尔多瓦加入，他们的系统必须进行调整以匹配这种节奏。“我们不能停止电力系统一个小时，然后再尝试同步，”迪恩说。“这必须在系统运行时完成。”这就像跳上一辆行驶中的火车或游乐场的旋转游乐设施：火车或游乐设施不会停止，所以你最好完美地把握跳跃时机。
即使现在乌克兰已加入，风险仍然存在。互连电网不仅允许共享利益；它们还可能造成共同的问题。电网一部分的问题，例如电厂故障，可能会导致频率变化波及整个网络。在最坏的情况下，发电机组的功率稳定能力不足可能会放大频率变化，并将其发送回整个电网。“一旦你互连两个系统，你还会面临确保整个更大的互连系统与以前一样稳定和可靠的问题，”斯坦福大学普雷库特能源研究所高级研究员拉姆·拉贾戈帕尔说。电网失去同步可能会损坏插入式电器，如笔记本电脑和微波炉，甚至可能损坏发电厂。
防止电网不稳定的一个保障措施是乌克兰许多资产固有的：转动惯量。一旦重型涡轮机（例如乌克兰能源供应的核电站中的涡轮机）以特定频率旋转，就需要持续的巨大功率变化才能改变其旋转。它们不受用于旋转它们的小功率波动的影响，因此它们的频率保持稳定。这种惯性有助于发电厂抑制微小的功率变化，而不是将其传递到电网的其余部分。在发生重大故障的情况下，它可以为响应系统启动争取宝贵的几秒钟时间。
尽管如此，代表35个国家的ENTSO-E对将乌克兰添加到其电网中仍有许多担忧。这些担忧不仅与电网稳定性有关，还与市场、监管、网络安全和法律问题有关。总而言之，这些因素是该项目最初六年时间表的主要原因。一些专家认为，即使是六年也是一个乐观的估计。
乌克兰计划在2022年全年解决ENTSO-E剩余的担忧。“能够缩短一年的唯一原因是已经完成了大量工作来确认所有技术规范，”贾扬蒂说。本月的紧急同步授权使乌克兰能够购买电力，但该国尚不能出售电力。为了做到这一点，乌克兰需要安装称为静态同步补偿器的设备，以增强电力稳定性。贾扬蒂说，由于供应链问题和地缘政治障碍，乌克兰可能需要几个月才能获得这些设备。与此同时，为了让乌克兰能够连接，ENTSO-E采取了额外的保障措施来保护欧洲电网。
专家表示，即使进行了紧急同步，重要的是要管理好期望。“这种程度的互联互通相对较小，”迪恩说。“这很有帮助，但如果发电厂停产，它不会取代乌克兰的所有电力。”目前，乌克兰的电力仍然从发电站输送到该国更广泛的配电网络。如果情况发生变化，乌克兰可以从ENTSO-E进口一些电力。
与欧洲电网的全面融合可能要等到战争结束后乌克兰能够重建。“这是漫长旅程的第一步。这个旅程实际上是关于将乌克兰融入更广泛的[欧洲]系统，以期整合更多可再生能源和共享资源，”迪恩说。但这些计划“在地区恢复和平之前不会有任何进展。这太冒险，太危险了。”