Energetické „hnízdo“ je zelené řešení pro budoucnost

Čechům na změně klimatu záleží, a možná více, než by Češi sami od sebe očekávali. Podle nedávného průzkumu týmu Akademie věd se o změnu klimatu zajímá více než polovina dotázaných, přesně 52 %. Stejné šetření dospělo k závěru, že podle naprosté většiny (84 %) české veřejnosti dochází v posledních 100 letech ke změně klimatu na Zemi. Nadpoloviční většina (51 %) dotázaných si myslí, že se klima mění určitě, a další třetina (33 %), že se pravděpodobně mění. Nevidí to přitom jako pozitivum. Necelé tři pětiny (59 %) dotázaných se v určité míře obávaly dopadů změny klimatu (17 % velmi, 42 % spíše). Necelá polovina (47 %) českých občanů pak řekla, že dopad změny klimatu na Českou republiku bude špatný. Pouze třetina (přesně 33 %) uvedla, že změny budou napůl špatné, napůl dobré. A jen malá část (6 %) odhaduje, že oteplení bude pro nás mít v důsledku pozitivní důsledky. Obyvatelé Česka přitom nechtějí být pouze diváky přicházejících změn. Sedm desetin (70 %) dotázaných se přiklonilo k názoru, že pokud by lidé změnili své současné chování, tak mohou současnou změnu klimatu „zpomalit“. Malá část veřejnosti (6 %) si dokonce myslí, že lidé mohou klimatickou změnu dokonce „úplně zastavit“. Češi tedy chtějí konat a věří, že snahy o zpomalení změny klimatu jsou smysluplné. Dá se tedy očekávat, že podpora politik v tomto směru bude nadále silná, byť rozjezd podpory v některých segmentech byl a stále je rozpačitý. Jednou z klíčových technologií, která při snižování uhlíkové stopy lidstva sehraje nepochybně zásadní roli, jsou i bateriová úložiště. Jak by jejich nasazení mohlo v dohledné době vypadat v našich podmínkách, ukazuje i nový projekt, který začíná vznikat ve středních Čechách. Jeho součástí bude i rekordní baterie.

Baterie bez dotací

Samotný nápad na zdroj vznikl už před více než deseti lety, říká Darina Merdassi, zástupkyně investora – energetické skupiny DECCI. „Bylo to v souvislosti se stavbou nedaleké solární elektrárny Vepřek, doba ovšem tomuto projektu nepřála.“ Postupně se však idea začala znovu rozvíjet, až nakonec nabrala v klasické energetice velmi nezvyklou podobu hybridního zdroje. Jeho součástí bude jak bateriové úložiště s výkonem 20 MW a kapacitou 22 MWh, tak i menší spalovací turbíny s celkovým výkonem 30 MW. Turbín je celkem šest a technicky jsou odvozeny od leteckých motorů, což zajistí vysokou úroveň flexibility při minimálních provozních nákladech. „Toto řešení bylo zvoleno ze dvou důvodů: je šetrné k životnímu prostředí a může velmi pružně reagovat na požadavky sítě,“ vysvětluje Darina Merdassi. Hybridní zdroj tak bude schopen poskytovat jakoukoliv kombinaci podpůrných služeb výkonové rovnováhy. Konkrétně půjde o služby zálohy pro automatickou regulaci frekvence (FCR), zálohy pro regulaci výkonové rovnováhy s automatickou aktivací (aFRR+) nebo zálohy pro regulaci výkonové rovnováhy s manuální aktivací (mFRR+) až do celkového výkonu 30 MW. Dále se bude podílet na zlepšení napěťových poměrů v distribuční síti.

Financování hybridního zdroje probíhá výhradně z prostředků investora a běžných komerčních úvěrů. Stavba za více než miliardu korun se realizuje bez podpory státních dotací či jiných pobídek. V současné době je stavba v přípravě. Stanoviště na jaře přebral zhotovitel, na místě zatím probíhají stavební úpravy a budování nutné infrastruktury. Probíhá například příprava rozvodny, přes kterou bude Energy Nest připojeno do sítě, či příprava vysokotlaké plynové přípojky pro zásobování palivem. První technologie se na místě má objevit v listopadu letošního roku a půjde právě o plynové turbíny. Společnost Siemens je generálním dodavatelem tohoto projektu hybridního zdroje.

Moderní energetické centrum Energy Nest v katastru obce Vraňany v okrese Mělník o celkovém výkonu 30 MW

Jak dál

Projekt je postaven tak, aby jej bylo možné jednoduše rozvíjet: „Celý systém je modulární: jednoduše lze rozšířit jak bateriové úložiště, tak případně třeba i zvýšit počet turbín,“ vysvětluje Darina Merdassi. Investor také uvažuje, že by se do budoucna součástí areálu stal i prototypový provoz na produkci zeleného vodíku. Tedy vodíku získaného s pomocí nízkoemisních procesů a energie z bezemisních zdrojů, v tomto případě by byla do provozu integrována přilehlá fotovoltaická elektrárna.

Ve hře je ale také možnost budování dalších podobných hybridních systémů či tzv. agregačních bloků. To jsou v podstatě „virtuální elektrárny“, soubory různých zdrojů nebo i úložišť, které se z hlediska sítě chovají jako jedna dobře řiditelná výrobna. Další rozvoj podobných projektů ovšem závisí na různých faktorech. Jedním z nich je i legislativa. Česko například nemá sice nejlepší možné přírodní podmínky pro rozvoj obnovitelných zdrojů – nemáme nejvíce slunečního záření, ani stabilní a silné větry –, ovšem velká bateriová úložiště by u nás mohla stát stejně dobře jako prakticky kdekoliv jinde na světě. V praxi ovšem nemohou.

V Česku stále v energetickém zákoně chybějí nutné pasáže o akumulaci elektřiny v rámci sítě. I přes to, že velká bateriová úložiště se používají v sítích po celém světě, v České republice je možné připojit větší akumulátory pouze za velmi specifických podmínek. Proběhlo už několik pokusů uvést akumulaci energie do právního systému, a vytvořit tak podmínky pro její široké využití, zatím se ovšem nezdařilo. Návrh měl poměrně širokou podporu, a to jak od Energetického regulačního úřadu, tak i u řady provozovatelů přenosové a distribuční soustavy, návrh byl přesto nakonec zablokován. Nejen baterie, ale i další prvky „nové energetiky“ u nás mají ztížené podmínky. „Česká republika silně zaostává za trendy v moderní energetice, což brzdí další rozvoj technologií – a to nejde jen o baterie, ale například i agregační bloky,“ hodnotí situaci na základě zkušeností s podobnými projekty Darina Merdassi.

Příklady se i tak najdou

Příklady úspěšných instalací velkých bateriových úložišť se ovšem i tak v České republice najdou. Jeden takový stojí v areálu teplárny společnosti C-Energy v Plané nad Lužnicí. Zařízení, které funguje od září 2019, má garantovaný výkon 4 MW a využitelnou kapacitu ve výši 2,5 MWh po dobu minimálně 10 let. Celý systém dodala na klíč společnost Siemens – jeho součástí jsou tedy nejen samotné články (od firmy Samsung) a jejich řídicí elektronika, ale také rozvaděče, střídače/měniče, transformátory, napájení vlastní spotřeby a další pomocné systémy. Základem úložiště jsou pochopitelně lithium-iontové akumulátory, což je alternativa jak výkonná, tak dobře osvědčená a dnes už také v poměru cena/výkon nejvýhodnější. V sektoru větších akumulačních technologií se časem mohou prosadit především velké průtokové baterie, například vanadové. Pro stacionární použití mají své výhody, ovšem v současnosti nemohou cenově konkurovat právě lithium-iontovým bateriím. Svou roli hraje nejen to, že se lithiové články produkují ve výrazně větších objemech, ale i nepřeberné množství různých větších či menších vylepšení ve výrobě i samotné technologii, která se v posledních desetiletí objevují. Vývoj se stále nezastavil a je potěšující, že probíhá i v ČR.

Ovšem vraťme se do Plané. Instalace úložiště a všech s ním spojených systémů byla snadná. Celé zařízení je totiž umístěno ve třech kontejnerech ve venkovní části areálu. Díky tomu nebylo potřeba řešit žádné velké stavební či jiné úpravy.

Zařízení, které funguje od září 2019, má garantovaný výkon 4 MW

Mezičlánek

Tato konkrétní zakázka je unikátní nejen svým rozsahem – ve své době to bylo největší úložiště v ČR –, ale také dalšími souvislostmi. Úložiště se například využívá jak pro obnovitelné, tak pro konvenční zdroje. Baterie se mohou dobíjet nejen z generátorů elektřiny umístěných v hlavním provozu teplárny, ale také z fotovoltaické elektrárny, která stojí na jinak nevyužitelných pozemcích v areálu teplárny. Maximální výkon elektrárny činí 520 kW.

Úložiště je pro využívání výrobních možností fotovoltaické elektrárny klíčové. Pomáhá průběžně vyrovnávat vlastní spotřebu a také spotřebu dalších provozů umístěných v místní průmyslové zóně, které spolu s teplárnou vytvářejí malou lokální distribuční soustavu. Díky baterii je možné pružněji regulovat výrobu tak, aby v žádném okamžiku nebyla překročena hodnota rezervované kapacity – a nejen to.

Bateriové úložiště zapojené do lokální soustavy zajišťuje také vyšší kvalitu elektřiny, která se po areálu distribuuje. V každé soustavě dochází zcela běžně k velmi krátkým výpadkům dodávek činného výkonu v jedné nebo více fázích, případně také krátkodobým přepětím nebo podpětím. Systém zvládá tyto problémy „vyhladit“: dokáže poskytnout příslušné množství činného nebo jalového výkonu a tím tyto jevy kompenzovat. Když ne úplně, tak alespoň částečně, aby nedocházelo například ke zvýšenému opotřebení spotřebičů připojených do soustavy. Bateriové úložiště ale nepomáhá jen efektivněji využívat výrobu a spotřebu elektřiny v teplárně a k ní přilehlé průmyslové zóně. Výrazně také rozšiřuje repertoár možností a rozsah služeb, které může teplárna nabízet. Teplárna v Plané nad Lužnicí přitom patří mezi nejmodernější provozy v České republice. Majitel, společnost C-Energy, investoval od roku 2012 do modernizace zdroje více než dvě miliardy korun. Výsledkem je kromě jiného snížení emisí produkovaných zdrojem o 90 % oproti původnímu stavu. Nově je díky bateriovému systému jednou z mála tepláren v ČR, která umí nastartovat provoz v případě blackoutu, tedy kompletního výpadku elektrické sítě. Při tzv. „startu ze tmy“ by baterie poskytla energii k najetí jednoho z plynových motorů. Tento plynový motor by následně převzal veškerou zátěž a baterie by spolu s plynovým motorem přešla do ostrovního provozu.

V případě velkého blackoutu by tak teplárna Planá mohla být jedním ze „světel ve tmě“, díky kterým by bylo možné postupně obnovit provoz celé sítě. I když baterie v Česku tedy zatím nemohly prokázat svůj potenciál naplno, už dnes ukazují, jak všestranné služby mohou poskytovat.

Řada výhod

Bateriová úložiště mají na cestě k vytoužené uhlíkové neutralitě zásadní roli. Pokud má Evropská unie do roku 2030 upravit své energetické hospodářství tak, aby alespoň 32 % energie získávala z obnovitelných zdrojů, bez jejich nasazení ve větším měřítku to bude prakticky nemožné. Téměř třetina zdrojů bude z velké části závislá na aktuálních povětrnostních a přírodních podmínkách. Možnost přímo regulovat jejich výkon pro zajištění rovnováhy v elektrizační soustavě bude omezená; slunci a větru poručit nelze.

Řešením však mohou být právě technologie umožňující ukládání energie a následné využití. Umožňují, aby obnovitelné zdroje vytvářely více energie, než je jí v danou chvíli potřeba, a ukládaly ji na dobu, kdy bude energie z těchto zdrojů naopak nedostatek.

Chemické baterie, dnes tedy především lithium-iontové, mají oproti klasickým akumulačním systémům, jako jsou například přečerpávací vodní elektrárny, několik výhod. Mohou dodávat energie rychleji (s menším zpožděním), s vysokou účinností, a především je lze rychle a snadno postavit právě tam, kde je akumulace potřeba. Tato flexibilita je v době, kdy příprava velkých infrastrukturních staveb trvá velmi často déle než samotná realizace, klíčová.

Baterie kromě již hojně využívané možnosti ukládání přebytku s pozdějším využitím mají ovšem celou řadu dalšího využití, a to i pro provozovatele distribuční sítě...

Jedním ze způsobů využití může být například kompenzace přetoků jalového výkonu do přenosové soustavy a zajištění kvalitativních parametrů dodávek elektrické energie a požadovaných napěťových poměrů v sítích a dále se mohou podílet na zajištění obnovení dodávek energie při případných výpadcích distribuční a přenosové soustavy. Baterie mohou pomoci i k regulaci rovnováhy mezi spotřebou a výrobou či udržování správné frekvence v síti. A právě výše uvedené funkcionality bude moci zajištovat nově vznikající moderní energetické centrum Energy Nest o celkovém výkonu 30 MW v katastru obce Vraňany v okrese Mělník.

Zdroj vizualizací: DECCI