Obnovitelné zdroje síť boří nebo tvoří?

V minulém článku jsem se věnoval otázce, zda fotovoltaické elektrárny ohřívají své okolí – přečíst si jej můžete zde: Ohřívají solární panely okolí nebo ochlazují? | Kurzy.cz , nebo ho naopak ochlazují. Tentokrát se podíváme na obnovitelné zdroje v širším kontextu a na to, jak je začlenit do fungování elektrizační soustavy.

V českých podmínkách se budeme věnovat především fotovoltaice. Významné množství větrných elektráren u nás podle mého názoru nemáme šanci postavit, když se nezmění přístup spoluobčanů. I když by velice síti prospěly, většinou funguje buď solární panel - svítí slunce nebo fouká. Dní kdy svítí slunce a fouká je poměrně málo.

Základní podmínka fungování přenosové a distribuční soustavy je jednoduchá: v každém okamžiku musí být výroba elektrické energie v rovnováze se spotřebou a ztrátami.

Dnes se výroba a spotřeba řídí jen omezeně. I HDO signály pro bojlery a nízký tarif jsou pevně nastavené a nejde o skutečné řízení spotřeby podle aktuální situace v síti. Je to spíše relikt doby minulé.

Právě do tohoto systému obtížně zapadají obnovitelné zdroje. Fotovoltaika bez baterie chce ze své podstaty dodat do sítě svoji maximální okamžitou výrobu. Nemáme u ní tedy rezervu pro zvýšení výroby ve chvíli, kdy ji síť potřebuje. Výrobu můžeme pouze snížit, dnes poměrně hrubě pomocí HDO nebo u velkých zdrojů pomocí dispečerského řízení.

Nejdříve začněme řídit spotřebu

Prvním krokem by podle mě mělo být kvalitní řízení nejen výroby, ale také spotřeby.

Do řízení by se měly zapojit všechny využitelné akumulátory. HDO by nemělo fungovat podle pevně stanoveného času, ale podle aktuálních potřeb sítě. Když svítí, fouká a elektřiny je dostatek, můžeme nahřívat vodu, topit a nabíjet elektromobily. Ve špičkách naopak spotřebu omezit jen na to, co skutečně potřebujeme.

Stejně tak by se měly změnit dnešní distribuční tarify na dynamické. Podobně jako se mění cena elektrické energie na spotovém trhu, mohla by se podle situace v síti měnit i cena distribuce. Kdo by navíc umožnil řízení ohřevu vody, topení nebo nabíjení auta podle potřeb sítě, mohl by na distribuci ušetřit.

Technicky by k tomu nebylo potřeba nic převratného. Stačila by chytrá zařízení a povinná komunikace auta s nabíječkou, která by zároveň komunikovala se sítí. U auta by bylo potřeba zadat pouze čas, kdy má být připravené k jízdě, a požadovanou úroveň nabití.

Bojleru je koneckonců jedno, zda ohřívá vodu osm hodin v kuse, nebo s přestávkami. Důležité je, abyste měli teplou vodu ve chvíli, kdy ji potřebujete.

Dalších masově využitelných a řiditelných spotřeb zatím příliš nemáme. Zajímavou roli by ale mohly sehrát například teplárny. V létě by mohly využívat přebytky elektřiny, nahrazovat část spotřeby zemního plynu a současně pomáhat stabilizovat síť. Musela by se jim ovšem výrazně zlevnit, případně odpustit distribuce.

Kombinace tepelného čerpadla pro ohřev vody s fotovoltaikou by mohla mít v létě velmi nízké provozní náklady. Velká tepelná akumulace by navíc umožnila využít víkendové přebytky, které se objevují prakticky po celý půlrok od jarní do podzimní rovnodennosti.

Protože se u nás tímto způsobem zatím příliš nepřemýšlí, regulujeme místo spotřeby výrobu. To je podle mě dražší, náročnější a také nebezpečnější.

Z fotovoltaiky udělat řiditelný zdroj

Osobně bych šel cestou, kdy bych do sítě nepřipojoval fotovoltaickou elektrárnu bez dostatečné akumulace. Přenosová soustava by měla mít informace o stavu baterie a možnost řídit dodávku do sítě.

Předpovědi výroby a spotřeby jsou na 24 až 36 hodin dostatečně přesné, aby takový systém mohl fungovat. Fotovoltaika by například nemusela do sítě dodávat 100 % své aktuální výroby, ale pouze určitou část. Zbytek výkonu by zůstal jako rezerva. Síť by tak mohla podle potřeby dodávku snížit, nebo naopak využít část energie uložené v baterii.

Z fotovoltaiky by se tím stal podstatně stabilnější a lépe řiditelný zdroj.

Dispečink by poměrně přesně věděl, kdy během dne pokryje spotřebu slunce a kdy musí mít k dispozici fosilní zdroje.

Uhelné elektrárny mají velkou časovou setrvačnost. Nedají se rychle a efektivně vypínat a znovu zapínat. Dalším krokem by proto mělo být vybudování takového výkonu fotovoltaiky a takové kapacity baterií, aby při vhodném počasí dokázaly dodávat potřebný výkon kontinuálně.

Postupně by pak bylo možné od jarní do podzimní rovnodennosti uhelné elektrárny odstavovat. Cílem by mohl být stav, kdy bychom téměř polovinu roku žádnou z nich nepotřebovali a jejich úlohu při potřebě řiditelného výkonu by mohly částečně převzít například kogenerační jednotky v teplárnách.

Atomové elektrárny

Jsou zvláštní zdroj, v určitém rozpětí výkonu je lze řídit velice rychle a po vodních elektrárnách jsou nejříditelnější zdroj. Druhá věc je ekonomika, je to jediný takto velký tak dobře říditelný zdroj, který má jen fixní náklady. Žádné variabilní. Palivo je tam prostě na určitou dobu, ať vyrábí elektrárna pořád na 100% nebo na 20%.

Proto je optimální aby fungovala naplno a přebytky výroby místo její omezení uložit do nějaké akumulace. Optimálně dlouhodobé. Například do vodíku.

Bioplyn nemusí vyrábět elektřinu celý den

Stejně tak podle mě nedává smysl, aby bioplynové elektrárny běžely 24 hodin denně bez ohledu na to, zda síť jejich výkon právě potřebuje.

Jejich připojovací kapacita a okamžitý výkon by se mohly zvýšit a výroba využívat především k vykrývání spotřebních špiček a v létě doby, kdy nevyrábí FVE. Bioplynové zdroje lze navíc poměrně dobře řídit. Je jich větší množství s menším výkonem.

Takovým postupem bychom podle mého názoru mohli postupně výrazně zvýšit podíl elektřiny vyráběné z obnovitelných zdrojů.

Plánované odstávky jaderných elektráren by se zároveň mohly soustředit právě do období s vysokou výrobou z fotovoltaiky, aby byl v zimě k dispozici jejich plný výkon.

Moderní střídače navíc umějí pomáhat s řízením sítě a pracovat s jalovým výkonem. Pokud by měla vlastní fotovoltaiku a baterii každá firma a ekonomické nastavení by ji motivovalo ke správnému chování v oblasti účiníku, mohla by i tím přispívat ke stabilitě sítě.

Technologie, které to umožňují, dnes existují a podle konkrétního řešení mohou mít zajímavou dobu návratnosti. Ekonomice se ale budu věnovat v některém z dalších článků.

Jeden den už umíme. Týden je těžší.

Krátkodobou akumulaci dnes řeší především baterie. Osobně si myslím, že ve stacionárních úložištích budou mít v budoucnu významnou roli sodíkové baterie. Sodíku je dostatek, po rozjetí masové výroby budou určitě levnější než lithiové, jsou bezpečné, nehoří, mají větší tepelný rozsah fungování. Oproti lithiovým bateriím mají jen výhody.

Krátkodobou, řekněme denní akumulaci na 24 hodin, tak považuji technologicky za řešitelnou.

Složitější je střednědobá akumulace, například přenos energie z víkendu, kdy nejedou fabriky, do spotřebních špiček během pracovního týdne.

Denní baterii můžeme využít ve stovkách cyklů ročně, a proto může ekonomicky dávat smysl i při vyšší pořizovací ceně. U střednědobé akumulace máme v roce pouze přibližně 50 týdenních cyklů. Některé navíc odpadají například o Vánocích, na Nový rok nebo během začátku letních prázdnin.

Takové úložiště proto musí mít výrazně větší akumulační schopnost než denní baterie, nemusí ale nutně poskytovat stejně vysoký výkon. Především musí využívat levné médium, kterého může být k dispozici obrovské množství.

Díky menšímu počtu cyklů můžeme zároveň akceptovat nižší účinnost. Ukládáme totiž energii, kterou bychom jinak vůbec nevyrobili, protože bychom ji neměli kam uložit ani kde spotřebovat.

Jednou z cest jsou průtočné baterie. Českým příkladem je projekt Flow Electrochemistry Systems & Flow Batteries společnosti Pinflow, který reálně funguje. Ekonomicky zatím nemusí dávat smysl pro každou aplikaci, ale své místo na trhu už má.

Další možností je ukládání energie ve formě tepla s následným využitím jak tepelné, tak elektrické energie. To může být zajímavé zejména pro teplárny nebo energeticky náročný průmysl, kde lze uloženým teplem předehřívat vstupy do výroby a tím snižovat další spotřebu energie.

Jednou z možností může být termální baterie doplněná turbínou.

Nejtěžší úkol: dostat energie slunce z léta do zimy

Nejnáročnější zůstává dlouhodobé skladování energie z léta na zimu.

Kvůli vysoké zimní spotřebě energie na vytápění je jednou z možností ukládání energie do velkých zásobníků tepla. Druhou cestou je ukládání do chemických vazeb.

Abychom ale mohli energii z léta skutečně schovávat na zimu, musíme jí mít v létě dostatečný přebytek. Zároveň musí být dostatečně levná a tento stav musí trvat dostatečně dlouho.

Drahá zařízení, jako jsou elektrolyzéry nebo technologie pro zachytávání CO₂, nemohou ekonomicky fungovat jen několik hodin v roce. Potřebují být využívána podstatnou část roku.

Jednou z možností je výroba syntetického zemního plynu. Ta sice znamená významné energetické ztráty, ale umožňuje uložit letní přebytky do chemické vazby a využít je v zimě například v kogenerační jednotce, kde získáme současně elektrickou energii a teplo. Nebo výroba čpavku, který je velice cenná chemická surovina, hnojivo, základ adblue.

Pokud se bude česká energetika měnit promyšleně, nebude podle mě hlavním úkolem pouze podporovat další instalace panelů. Stejně důležité bude podporovat akumulaci, řízení výroby i spotřeby a schopnost celé soustavy pracovat jako jeden celek.

Pak uhlíková neutralita, nebo dokonce postupné odstraňování uhlíku z atmosféry, nemusí být nereálným cílem.

Jaroslav Rada

Zakladatel ing. Jaroslav Rada vystudoval FAV Západočeské univerzity obor počítačové sítě a databáze. Ve 20 letech začal prodávat výpočetní techniku, v roce 1998 začal poskytovat internetové připojení a patřil mezi nejstarší bezdrátové providery v České republice. Před 15 lety zřídil první bezdrátový bod poháněný plně obnovitelnými zdroji fotovoltaikou a později další i větrnou energií. Díky tomu má firma Česká síť nejen obří znalosti komunikací, databází, programování a monitoringu, ale i zkušenosti s obnovitelnými zdroji v těch nejnáročnějších podmínkách. Toho dokáže využít ve Váš prospěch.

Firma Česká síť, která navazuje na podnikání fyzické osoby Jaroslav Rada využívá nejen jeho zkušenosti, ale i dalších techniků. Dnes odchází od poskytování internetového připojení a dalších aktivit v IT oblasti a plně se začíná věnovat obnovitelným zdrojů a energetice. Má přidanou hodnotu ve formě obrovských zkušeností se systémy fungující v režimu 7/24 včetně přístupových bodu napájených jen fotovoltaikou, akumulaci energie. Zkušenosti jak s montáží v náročných klimatických podmínkách - samostatně stojící ostrovní systémy tak hlavně s bateriemi a jejich chováním a řízením. Velké množství informací a zkušeností vyústilo ve vývoj sw Chytrá elektrárna, který jimi dodávané FVE řídí a monitoruje a je připraven jak na komunitní sdílení, tak služby výkonové rovnováhy a budování agregovaných virtuálních elektráren.

Více na www.ceskasit.cz/