Síť, do které chytíš vítr a slunce

30. prosince 2010 /

Evropský prudký rozvoj obnovitelných zdrojů energie vyvolává převážně pozitivní reakce, a to nejen díky omezování rizika klimatických změn, ale i kvůli snižování závislosti na dovozu surovin. Navíc v nich výrobci elektřiny a tepla vidí možnost k rozšíření podnikání. Ale jedna významná skupina obnovitelným zdrojům v žádném případě nefandí — provozovatelé sítí. Přitom právě oni jsou pro jejich budoucnost výjimečně důležití. Pomohou přizpůsobit fungování sítí slunci a větru?

Nelibost, s níž provozovatelé přenosových a distribučních soustav dosud nahlížejí zejména na větrné a sluneční elektrárny, se dá poměrně snadno pochopit. Za uplynulá desetiletí vyvinuli a vyladili systém, který velmi dobře funguje. Když nepočítáme výpadky způsobené vichřicemi nebo třeba sněhovými kalamitami, nemůže si nikdo z odběratelů v posledních letech stěžovat na neplánované přerušení dodávek elektřiny. Komu by se chtělo fungující systém měnit a doplňovat do něj zdroje závislé na počasí?

Ovšem úsilí o zachování současného systému postaveného především na uhelných a jaderných elektrárnách nemůže být dlouhodobě úspěšné. Vedle vážných negativních ekologických dopadů je třeba vzít v úvahu omezené zásoby paliv. Přizpůsobování elektrizační soustavy obnovitelným zdrojům, jakkoli značně technicky i ekonomicky náročné, tak lze brát jako investici do budoucnosti.

Současná síť — uhlí, jádro, centralizace

Jak vlastně dnešní elektrická síť funguje? Elektrárny jako Temelín, Dukovany, Prunéřov či Tušimice dodávají elektřinu do přenosové soustavy, která napájí regionální distribuční sítě, jejichž úkolem je zabezpečit dodávku odběratelům. Menší zdroje elektřiny jsou připojeny přímo k distribučním soustavám, ale využívají se převážně k vyrovnávání kolísající spotřeby. Distribuční sítě nejsou projektovány tak, aby mohly fungovat díky vlastním zdrojům, bez připojení k přenosové soustavě.

Česká elektrizační soustava tedy umožňuje, aby spotřebu elektřiny pokrývaly převážně uhelné a jaderné zdroje provozované pokud možno na maximální výkon. Vodní a plynové elektrárny, ale i elektřina vyrobená v teplárenských zdrojích, slouží hlavně k pokrývání špičkového zatížení. Podobně se dá využít i produkce bioplynových stanic nebo kogeneračních jednotek na biomasu. Sluneční a větrné elektrárny v důsledku své závislosti na počasí však do stávajícího systému nepasují.

Šlo by to i jinak?

Stávající model ovšem není jediný možný; avšak jeho teoretický extrémní protipól, tedy soustava samostatně zásobovaných objektů, rozhodně není žádoucím stavem. Hlavní slabina je zjevná: chceme-li byť jen krátkodobě provozovat výkonnější spotřebič, potřebujeme zdroj s vysokým výkonem, který ale po většinu času nedokážeme využít. Propojení většího počtu zdrojů a spotřebičů pomocí sítě umožňuje snížit celkový výkon zdrojů, neboť uživatelé nezapínají velké spotřebiče současně.

O výhodách stávající infrastruktury není pochyb. Chceme-li ale více využít tuzemské obnovitelné zdroje, bude nezbytná určitá míra decentralizace řízení. V současné době proto (nejen) v Evropě probíhají pilotní projekty, které testují možnosti takzvaných mikrosítí — propojení zdrojů a spotřebičů řízených na úrovni lokalit, měst či regionů. Produkci fotovoltaických panelů lze snáze využít, když je řízena společně s bioplynovou stanicí či kogenerační jednotkou na zemní plyn. K optimálnímu využití obnovitelných zdrojů energie dále přispívá znalost spotřeby v připojených objektech. Vzájemně propojené mikrosítě se mohou stát základními stavebními jednotkami nového systému. Elektrizační soustava by se tak skládala z mikrosítí, jejichž správci by s předstihem oznamovali, kolik elektřiny budou „vyvážet“ nebo naopak kolik potřebují odebrat zvenčí. Mikrosítě jsou ovšem navrhovány tak, aby mohly dočasně fungovat i odděleně od zbytku světa.

Při současné úrovni spotřeby elektřiny je zřejmé, že většina regionálních mikrosítí by musela část elektřiny „dovážet“. Dálkový přenos elektřiny tak zůstane i nadále součástí energetického systému. Proč by ale dálková vedení nemohla přenášet obnovitelnou elektřinu? Větrné parky v Severním moři a na pobřeží Atlantiku nebo solární koncentrační elektrárny v severní Africe se mohou díky výhodným přírodním podmínkám stát centralizovanými zdroji evropského významu. Vysokonapěťové stejnosměrné systémy, které omezují přenosové ztráty, umožňují dovoz obnovitelné elektřiny na vzdálenosti delší než dva tisíce kilometrů.

Co by síť mohla zvládnout

Dispečeři a provozovatelé sítí mají pro svůj odpor k obnovitelným zdrojům jednoduchý důvod: nedají se využívat v libovolně zvolený okamžik. Ani nejmodernější větrná elektrárna s automatickou regulací natáčení lopatek a proměnnou převodovkou se za bezvětří neroztočí. Se špičkovými fotovoltaickými panely je to podobné, jejich výkon závisí na slunečním záření.

Maximální využití slunečních a větrných elektráren a jejich zapojení do sítě má proto další podmínku. Provozovatel sítě musí mít podstatně lepší možnost řídit stranu spotřeby. Například v Norsku už nyní řada velkoodběratelů odebírá elektřinu za zvýhodněný tarif výměnou za možnost předem smluveného omezení dodávek. Podobnou možnost mají i maloodběratelé na úrovni konkrétních dálkově centrálně ovládaných spotřebičů. Technicky nejde o nic nového — hromadné dálkové ovládání znají všichni majitelé elektrických bojlerů. Novinkou je možnost uplatnění stejného principu u chladniček, praček nebo myček. Další funkcí spotřebičů v chytré síti může být automatické vypínání v případě poklesu síťové frekvence.

V sítích s vysokým instalovaným výkonem obnovitelných zdrojů nastává i problém s nadbytkem jejich produkce. V Dánsku se přebytečná elektřina z obnovitelných zdrojů využívá k ohřevu vody v zásobnících pro centrální vytápění. Dalším zvažovaným řešením je možnost „předchlazování“ skladů potravin, jež mají v celoevropském měřítku příkon v řádu tisíců megawatt. V případě nadbytku obnovitelné elektřiny by bylo možné sklady vychladit na nižší než obvyklou provozní teplotu; po snížení výroby by se pak chlazení vypnulo a teplota vyrovnala.

Často zmiňovanou příležitostí pro možnost řízení poptávky je rozvoj elektromobilů. V případě jejich rozšíření by provozovatelé sítě mohli pracovat se značným počtem připojených akumulátorů, které se nemusejí nabíjet nepřetržitě. Zároveň ovšem hrozí, že elektromobily významně zvednou spotřebu elektřiny, přičemž nelze zaručit, že ji pokryjí výhradně obnovitelné zdroje. Emise skleníkových plynů z elektromobilu poháněného elektřinou z uhelné elektrárny dokonce převyšují emise automobilu s efektivním spalovacím motorem.

Dispečerem sítě v roce 2050

Zkusme však být na chvíli pozitivní a představme si svět za čtyřicet let. Proč by v něm nemohl provozovatel sítě pracovat úplně odlišně než jeho dnešní kolega, vykrývající diagram spotřeby především elektřinou z uhelných a jaderných elektráren? Prioritou budoucího dispečera naopak může být uplatnění sluneční a větrné elektřiny. Přitom bude mít možnost řídit poptávku a nasazovat zdroje nezávislé na okamžitém počasí — vodní, geotermální, bioplynové. Neobejde se rovněž bez elektráren na biomasu a fosilní paliva. Ty ovšem budou nasazovány pouze v případě, kdy obnovitelné zdroje nebudou stačit, a hlavním požadavkem na jejich provoz bude schopnost pružně reagovat na potřeby sítě. Do tohoto modelu pro změnu nepasují jaderné reaktory.

Zpátky do reality. Na podobný způsob provozu velké elektrizační soustavy se zatím nemůžeme v praxi podívat ani v nejprogresivnějších státech. Ale bitvu o to, který ze zdrojů dostane přednost, už sledujeme nyní. Ve Španělsku během některých dní dokáží obnovitelné zdroje pokrýt 40 % poptávky po elektřině, bez technických problémů. Vzniká ovšem problém ekonomický — majitelům uhelných elektráren, kteří náhle nemají odbyt. Mediální útoky uhelné lobby proti obnovitelným zdrojům zde rozhodně nejsou motivovány jen obavami o bezpečnost zásobování.

Ale to se přece šíleně prodraží

Shrňme si: využití potenciálu obnovitelných zdrojů tedy do značné míry závisí na posílení dálkových vedení pro přenos elektřiny ze vzdálených velkozdrojů, možnosti regulace poptávky a přesunu řízení provozu sítě z centra do regionů. Celý koncept ovšem není v současné chvíli odzkoušen a připraven ke spuštění. Změna sítě bude vyžadovat vývoj ve všech zmíněných oblastech a samozřejmě i významné finanční injekce, které se nepochybně odrazí v ceně elektřiny. Přestože výrobní náklady elektřiny z obnovitelných zdrojů trvale klesají, levnější kilowatthodinu než dnes patrně v budoucnu nekoupíme. Prodraží se ovšem i uhelná elektřina — ať už se provozovatelé elektráren rozhodnou nakupovat emisní povolenky nebo investovat do podzemního ukládání uhlíku.

Není ale elektřina v současné době nereálně levná? Za kilometr jízdy vlakem nebo autobusem platíme zhruba jednu korunu, a přitom kilometr pěší chůze není zdaleka tak fyzicky náročný jako práce, kterou nám za pár haléřů ušetří elektrická pila, bruska nebo vrtačka.

Znáte své kilowatty?

Jakkoliv to zní paradoxně, zdražení elektřiny může být dalším impulsem pro decentralizaci energetiky. Dokud je totiž elektřina v rodinném rozpočtu položkou, která zdaleka nekonkuruje nájmu, vytápění ani nákupu potravin, pomyslí na vlastní zdroj jen několik kutilů a ekofandů. Ve chvíli, kdy cena síťové elektřiny stoupne natolik, že kilowatthodina vyrobená malou fotovoltaickou elektrárnou bude srovnatelně drahá, panelů na střechách výrazně přibude. A vlastní zdroj elektřiny může patřit k domu podobně jako studna. Dům nadále zůstane připojen k síti, ale část spotřeby si dokáže pokrýt sám. Nabití akumulátoru pak bude majitel sledovat podobně jako hladinu vody. O tom, zda bude vyrobenou elektřinu také prodávat, se rozhodne podle nabídky provozovatele sítě.

Takový kombinovaný systém nepochybně zvýší odolnost proti přírodním pohromám. Shodí-li například vichřice vedení vysokého napětí a dojde k výpadku sítě, může i malý zdroj zajistit osvětlení či provoz chladničky a čerpadel. Bez vysavače a míchačky se dočasně obejdeme daleko snáze.

Jako nástup mobilních telefonů?

Zda se částečná decentralizace energetiky, transformace sítí a vysoké využití obnovitelných zdrojů stane výrazným trendem, rozhodne patrně příštích deset let. Budou-li výrobní náklady elektřiny z obnovitelných zdrojů klesat dosavadním tempem, proběhne jejich integrace do sítí podobnou rychlostí jako nástup mobilních telefonů. Jestli obnovitelné zdroje v nejbližších letech nedosáhnou konkurenceschopnosti, bude zásadní změna energetiky odložena možná i o půl století.

Autor pracuje v programu Energie Hnutí DUHA.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Pravidla pro komentáře: Redakce Sedmé generace si vyhrazuje právo smazat příspěvek, který nemá nic společného s tématem, obsahuje vulgarismy, rasistické a xenofobní vyjadřování či jiné urážky ostatních, obsahuje spam a komerční reklamu nebo je jinak nevhodný. Porušení pravidel může mít pro uživatele za následek dočasné nebo trvalé znemožnění vkládání dalších komentářů.

Upozornění: Publikovat články nebo jejich části, jakož i zveřejňovat fotografie a kresby z časopisu Sedmá generace nebo z jeho internetových stránek je možné pouze se souhlasem redakce.