Összefüggő rendszerek és a megértés korlátai
Az antropológus és történész Joseph A. Tainter szerint az emberi társadalmak fejlődésük során a felmerülő problémákra reagálva egyre összetettebbé váltak. Az agrár társadalmak az írás és a matematika segítségével kezdtek el nyilvántartást vezetni az adósságokról, a kereskedelemről, a törvényekről és a szerződésekről, ami egy új, nem termelő osztály (írnokok) kialakulásához vezetett. Eleinte ez és a társadalmi összetettség hasonló növekedése viszonylag csekély költségek mellett hatalmas nettó hasznot hozott a közösségnek. Aztán, ahogy a civilizációk egyre nagyobbak lettek, úgy egyre több nem termelő szerepet kellett hozzáadni az exponenciálisan növekvő léptékű problémák kezeléséhez – egészen addig a pontig, amikor a következő adag bürokrata kinevezése már többe került, mint az általuk hozott haszon (1). Miután egy társadalom eljutott a csökkenő hozamok problémájához, már csak idő kérdése volt, hogy egy nagy, kényszerű leegyszerűsödés következzen be.
Érdekes módon ez a folyamat nem különbözik a mai modern társadalmakban és az ezekben működő rendszerekben sem. Talán a legjobb példa erre maga az elektromos hálózat. Több millió felhasználóval, több ezer csomóponttal (alállomással) és erőművel, valamint kontinensszerte kiterjedt elosztó rendszerekkel az elektromos hálózat az egyik legbonyolultabb rendszer, amit egy civilizáció kitalálhat (természetesen szigorúan az adótörvények után). Így felmerül a kérdés: van-e határa a hálózat komplexitásának? Mit lehet tenni annak elkerülésére, hogy egy „nagyfokú kényszerű leegyszerűsödés” következzen be, amikor a további komplexitás már nem hoz hasznot? És mi köze van mindehhez a szoros összekapcsoltságnak és az emberi megértés korlátainak?
Mielőtt elmélyülnénk a témában, először meg kell értenünk, hogy ezek a nagy hálózatok mind váltóárammal működnek, amelynek polaritása szabályos időközönként pozitív és negatív között váltakozik. És bár más paraméterek, például a feszültség, a különböző hálózatokban, sőt még egy hálózat belül is eltérőek lehetnek – gondoljunk csak a nagyfeszültségű vezetékekre –, egy dolognak állandónak kell maradnia: a váltóáram frekvenciájának. (Ne aggódjon, ha ez Európában 50 Hz, Amerikában pedig 60 Hz – csak az számít, hogy a kiválasztott érték az egész hálózaton állandó maradjon.) Gondoljon erre a frekvenciára úgy, mint a rendszer szívverésére, amely biztosítja az elektromos hálózatra csatlakoztatott összes eszköz szinkronizálását. Még a normától való kis eltérések is a készülékek meghibásodásához, a berendezések élettartamának rövidüléséhez, a karbantartási költségek növekedéséhez, vagy szélsőséges esetekben az áramellátó rendszer összeomlásához vezethetnek, ami egész régiókat áramkimaradásnak tehet ki.
A hálózat bővítésének fénykorában (vagyis a 20. század nagy részében) a váltóáramot kizárólag hatalmas forgó generátorok szolgáltatták. Ezek a több tonnás berendezések pontosan a hálózat frekvenciájával (50 vagy 60 Hz) forogtak, és víz-, gőz- vagy gázturbinák hajtották őket. Hatalmas tömegüknek köszönhetően lendkerékként is működtek, kiegyenlítve a rendszer kisebb-nagyobb zavarait. A méretgazdaságosság miatt ezeket a generátorokat nagy erőművekben kellett elhelyezni – többet egy-egy erőműben –, így elektromos teljesítményük központilag szabályozható volt. Lényegében a hálózat egy nagy zümmögő gépezet volt.
Az elektromos hálózat üzemeltetése a fogyasztás és az áramtermelés közötti kényes egyensúly megteremtésére irányult. Az árak révén a vállalatokat arra ösztönözték, hogy a nap folyamán állandó mennyiségű áramot használjanak, ami tökéletesen összhangban állt azzal a kapitalista ösztönzéssel, miszerint az embernek ki kell hoznia a maximumot a vagyonából. Az áramszolgáltatók stabil és tervezhető működésnek örvendtek, a karbantartási időszakokat hónapokkal előre megtervezték, a berendezések teljes kapacitással működtek, míg a gyárak és az olvasztók alacsony és stabil áraknak örvendtek. Így könnyű volt tervezni a beruházásokat, és a bolygó erőforrásait felemésztő gazdaság folyamatosan és töretlenül növekedhetett.
Aztán az 1970-es évek elején bekövetkezett az első olajválság, amikor a világ olajtermelésének évről évre 7%-os növekedése megállt, és néhány éven belül visszafordult (2). A növekedés nagyon lassan indult be újra, de soha nem érte el a korábbi elképesztő ütemet. A korábban fűtőolajjal működő erőműveket le kellett állítani vagy átalakítani más tüzelőanyagok használatára, és a hiányt pótlandó gomba módra szaporodtak a nukleáris reaktorok. Az első, a világ olajtermelésének hirtelen csökkenéséhez való alkalmazkodás azonban nem befolyásolta a hálózat stabilitását, mivel az új erőművek mind ugyanazon az elven működtek: hatalmas turbinákat hajtottak meg, amelyekhez nagy teljesítményű generátorok voltak csatlakoztatva.
A komplexitás növekedése az erőművek tervezésében jelentkezett: az atomerőművek számos biztonsági intézkedést igényeltek, többek között egyszerű szelepektől a tartalék generátorokig számos mechanikus berendezés hozzáadását. Mindezeknek megvan a tulajdonságuk, hogy a lehető legrosszabb pillanatban hibásodjanak meg… ezért párhuzamosságokra és tartalékok tartalékaira van szükség. Ezek a további biztonsági intézkedések (például a széntüzelésű erőművekhez képest) drágává tették a nukleáris reaktorok építését és üzemeltetését, működtetésükhöz pedig magasan képzett, speciális mérnökökre volt szükség (3). A társadalmi komplexitás tehát a technikai komplexitással párhuzamosan nőtt, válaszul a növekvő geológiai problémára: a magas minőségű, bőséges erőforrások kimerülésére és azok helyettesítésére nehezebben hozzáférhető és feldolgozható, rosszabb minőségű erőforrásokkal.
Néhány évtizeddel később pedig elértük a második nagy olajválságot. 2004 körül az olaj kínálat növekedése lelassult, miután évtizedeken át gyenge, 1,4%-os éves növekedést mutatott. Ez, a kínai kereslet megugrásával párosulva, az olaj- és nyersanyagárak (mivel ezeket is olajjal bányásszák és szállítják) meredeken emelkedett, és még nehezebbé tette a 2008/2009-es pénzügyi válságból való kilábalást. Ha nem lenne a palagáz és más energiaigényes kőolajtermelési formák (a kanadai kátrányhomoktól a venezuelai ultra-nehéz olajig), a világ már a Hubbert-csúcs lejtőjén lenne. Először pánik tört ki a kormányzati körökben, országokat bombáztak és rezsimeket döntöttek meg az olajban gazdag nemzetekben, de köszönhetően ezeknek a nem hagyományos olajformáknak, amelyek sokkal gyorsabban jelentek meg, mint azt bárki korábban várta, a hanyatlás elkerülhető volt. Legalábbis egy időre.
A palaolaj-bumm eredményeként a vita az olajcsúcs-félelemről az éghajlati válság „megoldására” terelődött. A hangsúly azonban változatlan maradt: a (nyugati) világ fosszilis tüzelőanyagoktól való függőségének csökkentése. A hálózat szempontjából ez a politikai fordulat egy korszak végét jelentette, a stabilitás és a kiszámíthatóság korszakát. Különösen Európában. Mielőtt tovább mennénk, röviden vissza kell térnünk a hálózati frekvencia és az áramellátás típusának témájához. Mint emlékeznek, a hálózat váltóárammal (AC) működik, amelyet szinkron generátorok biztosítanak. A „megújuló energiaforrások” – amelyek teljes egészében nem megújuló anyagokból, szénből, olajból és gázból készülnek – viszont egyenáramot (DC) termelnek, amelyet váltóárammá kell átalakítani, mielőtt a hálózatba táplálható lenne. És itt rejlik a legnagyobb technikai kihívás.
A napelemekből és szélturbinákból származó egyenáramot a hálózatban való felhasználáshoz váltó árammá alakítják az egyes szélerőművek és napelemek mellett elhelyezett inverter egységek. De hogyan marad szinkronban az inverter a hálózattal? Honnan „tudja”, hogy pontosan mikor kell polaritást váltani? Egyszerűen úgy, hogy utánozza a hálózaton „észlelt” frekvenciát. Kis léptékben, ahol az áram nagy része még mindig nagy generátorokból származik, ez egy zseniális ötlet. Ez a másolás azonban – amint azt nemrég Spanyolországban bebizonyították – hatalmas sebezhetőséget jelent az egész hálózat számára. A hálózatban a szélenergia és a napenergia bizonyos százalékát (penetráció) meghaladó arány esetén a hálózat frekvenciájának mintavételezésével gyorsan terjedő, önmagát erősítő visszacsatolási hurok alakulhat ki.
Pontosan ez történt az Ibériai-félszigeten 2025. április 28-án. Még tisztázásra váró okok miatt a hálózat frekvenciája csökkent (valószínűleg egy pillanatnyi áramellátási zavar miatt), és erre reagálva több ezer inverter is csökkentette a frekvenciáját. Ez az önmagát erősítő jelenség biztonsági leállásokat váltott ki az erőművekben, hogy megvédjék az érzékeny berendezéseket, és így megakadályozzák a szükségtelenül hosszú áramszünetet. Az erőművek önállóan leválasztották váltóáramú generátoraikat, ami tovább csökkentette a hálózat frekvenciáját, és az összes többi erőmű (és napelem) leállását eredményezte, ami végül országos áramszünethez vezetett. Mindez kevesebb, mint néhány száz milliszekundum alatt történt. Gondoljon csak bele egy pillanatra.
A „megújuló energiaforrások” magas penetrációja nemcsak az időjárástól függő, szakadozó áramellátást hozta a hálózatba, hanem hatalmas sebezhetőséget is teremtett. Ez akár teljes áramszünetet is okozhat még tökéletesen napos időszakokban is, amikor semmilyen zavar nem volt várható. A gáz- és széntüzelésű erőművek szélerőművekkel és naperőművekkel való felváltása nagy generátoregységek eltávolításával járt, amelyek egyébként képesek lettek volna kiegyenlíteni a rövidebb szakadásokat és a hálózati frekvencia csökkenéseket. Erre a legjobb példa a szomszédos Franciaország. 57 atomerőművének köszönhetően a francia hálózat forgási tehetetlensége elég nagy volt ahhoz, hogy stabilizálja a hálózatot és megakadályozza a Spanyolországban kezdődött láncreakciót. Mégis, csak hajszál híja volt, és ha Franciaország is úgy járt volna, mint Spanyolország és Portugália, az egész európai kontinens perceken belül sötétségbe borulhatott volna.
Az Ibériai-félszigeten nemrég bekövetkezett áramszünet a stabilitás fontosságán túlmutató tanulsággal is szolgált számunkra. Felfedte minden ember által működtetett komplex rendszer két Achilles-sarkát: a szoros összekapcsoltságot és az emberi megértés korlátait.
A nagy számú „megújuló energiaforrás” hozzáadása egy régi, váltóáramú generátorokkal működő hálózathoz olyan mértékben növelte a komplexitást – és ezzel a sebezhetőséget –, hogy az már meghaladta az emberi megértés határait. A hálózat stabilitásának fenntartásáért felelős mérnököknek egyre gyakrabban kellett beavatkozniuk: rossz időjárás esetén korlátozniuk vagy átirányítaniuk a felesleges szélenergia- és napenergia-termelést, és be kellett indítaniuk a gáztüzelésű erőműveket. Az időjárás azonban nehezen megjósolható, különösen a gyorsan változó éghajlati viszonyok között, ami arra kényszeríti az üzemeltetőket, hogy gyakran percek, néha másodpercek alatt hozzanak vészhelyzeti intézkedéseket. Mindez akkor történik, amikor a váltóáramú generátorok tehetetlensége (és ezzel együtt az általuk nyújtott biztonság) megszűnt, hogy helyet adjon egy újabb szél- és napenergia-termelő egységnek, amelyek viszont szorosan összekapcsolt jellegük miatt a legkisebb hiba esetén is másodpercek alatt láncreakciót indíthatnak el. És még azt gondolnánk, hogy a légiforgalmi irányítók munkája stresszes…
Ha nem lenne ilyen szoros összekapcsolódás és a forgó tartalékok eltávolítása, a villamosenergia-termelő eszközök számának hirtelen növekedése még mindig komoly fejtörést okozna. További egyedi berendezések (napelemek, turbinák, hálózati akkumulátorok, transzformátorok, nagyfeszültségű vezetékek stb.) hozzáadása nem csak költséges, hanem a komplexitást is még magasabb szintre emeli. Ha a berendezések töredékének több mint egy kis része egyszerre hibásodna meg, akkor az egész kontinensen elterjedő láncreakciószerű hálózati összeomlás valójában elkerülhetetlen lenne. Ennek ellenére a közüzemi szolgáltatók továbbra is egyre több berendezést adnak a hálózatokhoz, hogy még több helyet biztosítsanak a szélenergiának és a napenergiának – még akkor is, ha a hálózat egyes elemei több mint fél évszázadosak –, és ezzel egy hatalmas komplexitású Frankenstein-szörnyet hoznak létre (4).
És ezzel visszatértünk az emberi megértés határaihoz. Akkor vajon bízzunk-e az AI-ben, hogy felügyelje a hálózatot helyettünk? Nos, ez milyen szintű sebezhetőséget jelenthet vajon a hackerek korában? Nem is beszélve az általános mesterséges intelligencia megjelenésével kapcsolatos aggodalmakról (Skynet). Vagy mi lenne, ha a jó öreg AI hallucinálna, és a gép „úgy gondolná”, hogy jobb leállítani egy várost, hogy megakadályozza az áramhálózat összeomlását, miközben valójában csak néhány irreleváns adatot értelmezett rosszul? Azt hiszem, kezdjük érteni, a helyzetet: az exponenciálisan növekvő komplexitásból adódó problémákat még egy komplex réteg (AI) hozzáadásával megoldani csak további bajt jelent. Akkor elkerülhetetlen a teljes, kontinensszintű hálózat összeomlása, ami káoszt és anarchiát eredményez? Nos, igen és nem. Az a buta hajlamunk, hogy még több komplexitást adunk hozzá, amikor valójában kevesebbre lenne a legjobb, szinte biztosan nagy áramszünethez fog vezetni a közeljövőben. Talán nem ebben az évben, talán nem is ebben az évtizedben. Másrészt nem számítok áramszünet okozta civilizációs összeomlásra sem: még mindig rengeteg magasan képzett szakember dolgozik a hálózat stabilitásának fenntartásán, és legrosszabb esetben pár napon belül helyreállíthatják a működését.
Ami minket és bölcs vezetőinket elgondolkodtathat, az az a kérdés, hogy hogyan fogunk alkalmazkodni az egyre kevésbé megbízható és egyre kevésbé megfizethető villamosenergia-ellátáshoz? Mindezt természetesen párhuzamosan a világ kőolajtermelésének hosszú távú csökkenésével. Bár a kőolajat már nem égetik közvetlenül az erőművekben, testvérét, a földgázt még mindig igen. Mivel a gáz nagy része társult gázként (azaz olajjal együtt) kerül a felszínre, és az olajkutak a kimerülés (5) és a jövedelmezőség csökkenése miatt lezárásra kerülnek, így a földgáztermelés esetében is hasonló visszaesésre számíthatunk. Mivel a szén kitermelési költségeinek folyamatos emelkedése miatt (végső soron a gazdag, könnyen kitermelhető készletek kimerülése okán) azt mind Európában, mind Amerikában fokozatosan kivonják a forgalomból, a földgáz árak emelkedése nagy valószínűséggel magasabb villanyszámlákat fog eredményezni (6). Ez viszont oda vezetne, hogy egyre több ember válna le önként az áram hálózatról (mivel már nem tudná fizetni az áramot), ami egyre növekvő karbantartási költségeket róna az egyre csökkenő ügyfélkörre. Ez a siker receptje? Aligha. Lassú, de gyorsuló hanyatlás? Annál inkább.
Egy posztelektromos világ felé tartunk, ahol a nemzeti hálózatok fokozatosan megfizethetetlenné válnak, és így egyre kisebb helyi hálózatokra bomlanak.
Megfelelő források hiányában egyes területek hónapokig áram nélkül maradnak, míg a gazdag környékek még évtizedekig zavartalan áramellátást élveznek. A nyugati világban az áramellátás egyre inkább szakadozni fog: eleinte csak ritkán, majd a következő évtizedekben a gazdaságok további romlásával egyre gyakrabban. A nyugati gyárak ilyen körülmények között alig tudnak majd működni és nyereségesek maradni, ami végül az a termelés még többé-kevésbé stabil elektromos áramellátást biztosító országokba történő áthelyezéséhez vezet. Ahelyett, hogy egy hatalmas áramszünet zombi apokalipszishez hasonló jeleneteket hozna létre a városainkban, sokkal valószínűbbnek tűnik egy elnyúló, lassú hanyatlás, amelyet egyre gyakoribb és egyre hosszabb időszakos áramkimaradások jellemeznek majd.
A következő alkalomig,
B
Megjegyzések:
(1) A társadalmi komplexitás növekedése energiát és erőforrásokat igényel. Az élelmiszert már nem termelő tisztviselőket is meg kellett etetni – akárcsak a folyamatosan növekvő hadsereg katonáit, a helyi tisztviselőket, az adószedőket és a többieket. Az ilyen társadalmak komplexitása csak annyira növekedhetett, amennyire azt az élelmiszer-termelési rendszerük lehetővé tette. Ezért volt szükség a területi terjeszkedésre és több munkásra, akik többletélelmiszert és kereskedelmi árukat termeltek. A komplexitás tehát a többletenergia függvénye: az energia termelők (mezőgazdaság, olajkutak, bányák stb.) részesedése után megmaradó rész. Ha az energia költsége emelkedik, a többletenergia csökken, és a komplex társadalmaknak egy dilemmával kell szembenézniük: önkéntes leegyszerűsödés vagy csőd. Mondani sem kell, hogy a legtöbbjük a második lehetőséget választja.
(2) Az arab olajembargó csak a hab volt a tortán. Az igazi ok geológiában rejlett: ahogy M. King Hubbert kőolaj geológus pontosan megjósolta, az olajtermelés 1970-ben elérte csúcspontját, majd csökkenni kezdett az akkori világ legnagyobb olajtermelő országában, Amerikában.
(3) A nukleáris reaktorok üzemeltetéséhez szükséges magasan képzett szakmérnökök és munkaerő iránti igény aggodalomra ad okot, ha nagy számú kis moduláris reaktor bevezetéséről van szó (ha azok valaha is kereskedelmi forgalomba kerülnek).
(4) Kína eközben továbbra is bővíti szénalapú erőmű parkját, hogy kompenzálja a „megújuló energiaforrások” hatalmas növekedését. Mivel hálózatuk sokkal újabb, és a bővítéseket az időszakos üzemszünetek figyelembevételével tervezték, a stabilitás (amennyire én értem) még nem jelent problémát. Ez nem jelenti azt, hogy soha nem érnek el érthetetlenül bonyolult szintet, vagy hogy hálózatuk nem szembesül ugyanazzal a sorssal. Csak pár évtizeddel maradnak el a Nyugattól.
(5) A kimerülés nem azt jelenti, hogy elfogy a nyersanyag, hanem hogy elfogy annak megfizethető része. Ahogy a könnyen kitermelhető kőolaj helyét egyre nehezebben kitermelhető olaj veszi át, a folyékony üzemanyagok szállításához és a piacokra juttatásához szükséges energiaigény tovább fog növekedni, és végül minden más energiaforrást – beleértve az elektromosságot is – fel fog emészteni. Ahogy az olajtermelés küzd a szinten maradásért és csökkenni kezd, úgy fog nőni az energiaigény is, miközben az azt biztosító hálózat egyre törékenyebbé és drágábbá válik.
(6) Még ha valamilyen módon sikerülne is előteremtenünk a hálózat teljes átalakításához szükséges sok billió dollárt, a kilowattóra ára akkor is tovább emelkedne. A számtalan berendezés (napelemek, turbinák, hálózati akkumulátorok, transzformátorok, nagyfeszültségű vezetékek stb.) hozzáadása hatalmas terhet jelentene, mivel ezeket a készülékeket rendszeres időközönként (tíz-húsz évente) ki kellene cserélni. A hálózat „felújítása” tehát nem egyszeri esemény lenne, hanem folyamatos tevékenység, amíg el nem fogy az olcsó réz és más kritikus fontosságú anyagok. Mikor fogjuk fel, hogy nincs végtelen növekedés – és nincs stabil egyensúly – egy olyan civilizációban, amely rendületlenül kimeríti az erőforrásait?
A bejegyzés a The Honest Sorcerer oldalon 2025-ben közölt írás alapján készült.
