Aj zatmenia môžu byť problém. Kde sú úskalia elektriny zo soláru či vetra a ako ich riešiť?

Solárna elektráreň v Espenheime v Nemecku. [EPA/Waltraud Grubitzsch]

Elektriny z obnoviteľných zdrojov je čoraz viac. Najmä rozvoj slnečnej a veternej elektriny prináša pre stabilitu sietí komplikácie. Riešením je budovanie cezhraničných aj vnútroštátnych prepojení.

Slovensko vyrábalo v roku 2020 približne 23 percent elektriny z obnoviteľných zdrojov. Podľa slovenského integrovaného energetického a klimatického plánu (NECP) z roku 2019 by tento podiel mal do roku 2030 stúpnuť na 27,3 percenta, aby Slovensko splnilo cieľ dosiahnuť 19,2 percenta podielu obnoviteľných zdrojov na celkovej spotrebe energie.

Rast obnoviteľných zdrojov sa v energetike vo všeobecnosti považuje za žiaduci. Vo výrobe a prenose elektriny však neprichádza bez následkov. Najmä takzvané nepravidelné zdroje – slnko a vietor – spôsobujú v rozvodnej sieti komplikácie. Tie vyplývajú z jednoduchých fyzikálnych zákonov. Slnko totiž nesvieti celý deň, a ani vietor nefúka stále. V čase, keď elektrinu ešte nie je možné udržateľne skladovať, si pripájanie týchto zdrojov vyžaduje mať v sústave rezervné zdroje, ktoré stabilitu v sieti vyrovnajú, keď nepravidelné obnoviteľné zdroje prestanú elektrinu vyrábať.

„Ambiciózne ciele Európske únie znamenajú aj radikálnu transformáciu európskej elektroenergetiky. V hre je niekoľko kľúčových faktorov, ktoré povedú k omnoho komplexnejšiemu prostrediu, čo si bude vyžadovať inovatívne riešenia. Tie zabezpečia úspešnú a bezproblémovú integráciu obnoviteľných zdrojov do elektroenergetiky,” uvádza projekt EU-SysFlex, ktorý sa venuje riešeniam problémov, ktoré z nepravidelných obnoviteľných zdrojov vyplývajú.

Tlačový odbor Slovenskej elektrizačnej a prenosovej sústavy (SEPS), prevádzkovateľa slovenskej prenosovej siete, pre EURACTIV Slovensko uviedol, že toto je iba jeden z viacerých výziev, ktoré s výrobou elektriny z obnoviteľných zdrojov prichádzajú. Medzi ďalšie patrí pripájanie menších zdrojov do siete, neplánované toky elektriny z iných krajín v rámci vnútorného trhu s elektrinou či pokles frekvenčnej stability sústav. Niektoré z týchto problémov, napríklad neplánované toky, sa už do istej miery podarilo vyriešiť, v ďalších pomôžu investície a nové prepojenia so sústavami v okolitých krajinách, ale aj v rámci Slovenska.

„Z pohľadu integrácie obnoviteľných zdrojov energie do sústav je kľúčové mať vybudovanú infraštruktúru z hľadiska prepojenia elektrickými vedeniami. To znamená mať na úrovni prenosovej sústavy dostatočné cezhraničné prepojenia, ako aj vnútroštátne prepojenia medzi oblasťami s vysokou výrobou z obnoviteľných zdrojov a vysokou spotrebou,” uvádza SEPS.

Centralizovaná alebo decentralizovaná výroba elektrina?

Obnoviteľné zdroje môžu byť do rozvodnej siete integrované na niekoľkých úrovniach. Samotná rozvodná sieť sa skladá z prenosovej a distribučnej sústavy. Prenosová prenáša elektrinu na veľké vzdialenosti, distribučná ju prináša koncovým používateľom, teda aj domácnostiam. Veľké solárne elektrárne či veterné parky sú zapojené do prenosovej sústavy. Ak je počasie na ich strane, čiže svieti slnko a fúka vietor, majú tieto obnoviteľné zdroje prednosť pred všetkými ostatnými, keďže majú najnižšie prevádzkové náklady. Tento spôsob odoberania elektriny sa nazýva Merit Order a okrem iného výrazne znižuje veľkoobchodné ceny elektriny.

Integrácia obnoviteľných zdrojov do prenosovej a distribučnej siete. [Resources for the Future]

Menšie, komunitné elektrárne môžu byť zapojené priamo do distribučnej siete. Solárne panely umiestnené na domoch sú, zvyčajne, samostatne fungujúce jednotky mimo distribučnej siete. Výroba elektriny v menších zariadeniach zapojených do distribučnej siete a väčších zariadeniach v prenosovej sieti je základom rozdielu medzi decentralizovanou a centralizovanou výrobou elektriny. Európska komisia sa v roku 2016 v takzvanom zimnom energetickom balíčku Čistá energia pre všetkých Európanov prihlásila k cieľu rozvíjať decentralizovanú výrobu elektriny. Členské štáty k tomuto cieľu zaväzuje novela Smernice o spoločných pravidlách pre vnútorný trh s elektrinou z roku 2019.

Oba tieto spôsoby výroby elektriny majú svoje plusy aj mínusy. Centralizovaný znamená nižšie ceny. Štúdia americkej investičnej banky Lazard odhadla, že výroba elektriny na strešnom solárnom paneli je 3,5 až sedemkrát drahšia než výroba vo veľkej solárnej elektrárni. Operátori siete takisto poukazujú na väčšiu kontrolu s čím súvisí aj vyššia schopnosť odhadovať dopyt. Decentralizovaná výroba naopak prináša vyššiu odolnosť siete, napríklad pri búrkach, a takisto nižšie straty elektriny pri prenose, keďže sa zvyčajne používa v blízkosti miesta výroby. Rada európskych energetických regulátorov (CEER), neziskovej organizácie, v ktorej dobrovoľne spolupracujú národné regulačné úrady, v roku 2017 vypočítala, že v prenosovej a distribučnej sústavy sa stratí od 0,89 do 2,77 percent celkovej vyrobenej elektriny.

Problémy v zime aj počas zatmenia

Kdekoľvek sa solárne a veterné elektrárne nachádzajú, sieť ovplyvňujú rovnako. Vo väčšine prípadov sa nimi vyprodukovaná elektrina okamžite spotrebuje, keďže dopyt prevyšuje ich ponuku. Ostatné zdroje elektriny sa v takejto situácii použijú iba na dorovnanie dopytu. V odbornom žargóne sa tento rozdiel nazýva net load, ktorý sa vypočítava na základe odhadovaného dopytu. Jeho pokrytie typicky zabezpečujú tradičné elektrárne na fosílne palivá alebo jadro.

Rastúce množstvo solárnych a veterných elektrární však prevádzkovateľom siete komplikuje výpočet rozdielu medzi ponukou a dopytu. Produkcia elektriny totiž čoraz viac závisí na počasí, ktoré sa môže rýchlo meniť. V jednu chvíľu tak môžu veterné parky produkovať veľké množstvo elektriny, o niekoľko desiatok minút neskôr sa však vrtule môžu zastaviť a produkcia klesne, pričom dopyt sa nezmení. To zvyšuje nároky na flexibilitu prevádzkovateľa siete, ktorý musí sieť rýchlo prispôsobovať novým podmienkam.

Penetráciu nepravidelných zdrojov do siete a ich vplyv najlepšie ukazuje takzvaná duck curve (kačacia krivka), s ktorou prišiel kalifornský prevádzkovateľ siete CAISO (California Independent System Operator) v roku 2012. Že tento graf pochádza z Kalifornie nie je náhoda. Práve tento štát totiž v posledných rokoch zaznamenal prudký rast solárnych a veterných elektrární. Graf znázorňuje elektrinu potrebnú na vyváženiu produkcie nepravidelných zdrojov v priebehu jedného dňa. Čím je nepravidelných zdrojov v sieti viac, tým viac elektriny potrebujeme na vyváženie v čase, keď nepravidelné zdroje elektrinu nevyrábajú.

Duck curve (Kačacia krivka) znázorňuje objem elektrinu potrebnej na dorovnanie obnoviteľných zdrojov v priebehu jedného dňa. Tento graf pochádza z Kalifornie. [CAISO]

Operátori siete sa zhodujú, že kritickým je najmä zimné obdobie. Zaujímavosťou je, že stabilitu siete ohrozujú aj zatmenia aj slnka, pri ktorých produkcia solárnych elektrární klesne v priebehu sekúnd. Posledné väčšie zatmenie v Európe v roku 2015 sa podľa slovenského prevádzkovateľa siete podarilo zvládnuť vďaka koordinácia viacerých prevádzkovateľov z viacerých krajín.

Vo výnimočných situáciách môže produkcia zo solárnych a veterných elektrární ponuku prevýšiť. Vtedy musí zasiahnuť operátor a ich produkciu znížiť. Toto riziko takisto rastie so zapájaním nových nepravidelných zdrojov do siete.

Vnútorný trh alebo kapacitné mechanizmy?

Slovensko má podstatne menej solárnych a veterných elektrární než Kalifornia. S rovnakými problémami však bojuje aj slovenský prevádzkovateľ siete SEPS. Slovenská prenosová a distribučná sústava zároveň neexistuje vo vákuu a je súčasťou jednotného európskeho trhu s elektrinou. To znamená, že výstavba veterných parkov na severe Nemecka alebo solárnych elektrární na juhu ovplyvňuje aj slovenskú sústavu. Aj preto Európska únia v rámci takzvaného tretieho liberalizačného balíčka v roku 2009 nariadila prevádzkovateľom siete spolupracovať v Európskej sieti prevádzkovateľov prenosových sústav (ENTSO-E).

SEPS v reakcii pre EURACTIV Slovensko uviedol, že najdôležitejším obranným mechanizmom proti nestabilite, ktorú môžu solár a vietor v sieti spôsobiť, je prepojenosť. To na jednej strane znamená dostatočné množstvo cezhraničných spojení so sústavami v okolitých štátoch, na druhej strane vnútroštátne prepojenia medzi oblasťami, kde obnoviteľné zdroje produkujú elektrinu, a oblasťami kde sa elektrina spotrebúva. Tento problém musia vo veľkom riešiť Nemci, ktorým chýba dostatočné prepojenie medzi veternými parkami na severe krajiny a juhozápadom, ktoré v budúcich rokoch príde o veľké množstvo uhoľných elektrární.

Slovensko podľa prevádzkovateľa siete na dostatočnom prepojení pracuje. „Minulý rok sme v spolupráci s prevádzkovateľom prenosovej sústavy Maďarska pripojili tri nové cezhraničné 400 kilovoltové vedenia, čím obidve krajiny výrazne prispeli k spoločnému trhu s elektrinou v Európe, ako aj k zvýšeniu bezpečnosti a spoľahlivosti v regióne,” uviedol SEPS.

Prepojenia ale na zabezpečenie stability stačiť nemusia. Jedným z nástrojov, ktoré štáty v tejto otázke využívajú sú kapacitné mechanizmy. Tie sa zriaďujú na úrovni členských štátov za účelom zabezpečenia dostatočnej kapacity na vyváženie obnoviteľných zdrojov. Vláda v takomto prípade platí elektrárňam s pravidelnou výrobou za poskytnutie kapacity.

Rezort hospodárstva podporí uskladňovanie obnoviteľnej energie. V hre sú vodík aj batérie

Rozvoj obnoviteľnej energie je úzko spätý s rozvojom technológií na jej skladovanie, tvrdí ministerstvo hospodárstva. Do roku 2026 chce dosiahnuť 68 MW skladovacej kapacity, čo podporí aj z Plánu obnovy a odolnosti.

Kapacitné trhy sú medzi členskými krajinami čoraz populárnejšie. Úspešne fungujú v Španielsku, Taliansku, Portugalsku, Grécku, Poľsku či Nemecku. Európska komisia má však z kapacitnými mechanizmami problém, pretože sú v rozpore s princípmi voľného trhu. Vo všeobecnosti ich povolila až po silnom tlaku členských štátov zimného energetického balíčka.

Každý kapacitný mechanizmus musí Komisia osobitne schváliť. Podmienkou je prísna kontrola.

Potenciál skladovania

Ďalším spôsobom, ako nepravidelné zdroje vyvažovať, je skladovanie energie. To v praxi znamená, že prebytočná elektrická energia. by sa dočasne uschovala, pričom by sa do siete vrátila v čase, keď by to bolo potrebné.

Skladovanie elektriny je v súčasnosti stále komplikované a nie príliš rozvinuté. V budúcnosti však môže byť pre efektívnu a spoľahlivú sieť dôležité. Ako nedávno informoval portál EURACTIV, investície na uskladňovanie elektriny chce z plánu obnovy podporiť aj ministerstvo hospodárstva. Uvažuje sa o batériových úložiskách, vodíku aj prečerpávacích staniciach. S technológiami uskladňovania energie sa ráta okrem plánu obnovy ráta aj v Integrovanom národnom energetickom a klimatickom (NECP).

Partner

 Aktuálne informácie