Zvyšování podílu obnovitelných zdrojů bylo a je spojováno se zvýšeným rizikem výpadků dodávek elektřin. Ty ovšem zatím nepřicházejí. Co všechno odborníci dělají, aby nám zaručili proud v zásuvkách?
Zatímco většina Evropy v pátek 20. Března 2015 hleděla na oblohu, kde se odehrávalo pravidelné, ale vždy úchvatné divadlo zatmění Slunce, dispečeři energetických společností a správců evropské elektrické sítě napjatě hleděli do svých monitorů. V evropské elektrické síti se děly velké věci. V důsledku výpadku solárních elektráren se během dvou a půl hodiny výroba snížila zhruba z 25 gigawattů (pro jednoduchost 1 GW = jeden temelínský blok) na zhruba 12 gigawattů a pak znovu rychle zvýšila na zhruba 35 gigawattů. Výkyv se podařilo zvládnout podle předpokladů. Šlo o dlouho očekávanou událost, na kterou se evropští energetici připravovali už půl roku. V každém případě evropští provozovatelé sítě událost berou velmi vážně jako praktickou zkoušku. Pokud se podíl obnovitelných zdrojů bude ještě zvyšovat, do budoucna se totiž s podobnými událostmi budeme muset naučit my i oni žít, a to v ještě větším měřítku. A všichni společně.
Od poloviny 50. let zažili provozovatelé postupně nejprve vlnu fyzického propojování soustav, která z velké části kontinentu udělala jeden synchronně propojený systém jedoucí doslova na jedné vlně. Generátory i pračky Portugalců, Čechů i Turků se točí ve zcela shodném rytmu. Což na jednu stranu znamená, že si můžeme i na dálku vzájemně pomáhat, na druhou stranu všichni neseme i společné riziko. Poté přišla vlna liberalizace, která z velké části kontinentu udělala nejen jednotný systém, ale i jeden trh. A jí v patách pak nárůst podpory obnovitelných zdrojů a zvyšování jejich podílu na výrobě. Nese to s sebou určitá rizika. V listopadu 2008 se tak například na veřejnost dostala (vlastně poprvé) zpráva, že kvůli větrnému počasí na břehu Severního moře se k nám valilo místo plánových a ohlášených zhruba 200 megawattů až 1 700 megawattů elektřiny primárně z větrných parků na severu Německa. Dnes mohou být tyto tzv. přetoky i podstatně větší s tím, jak se výkon větrných elektráren zvyšuje. Když se pak v letech solárního boomu, tedy zhruba mezi roky 2008 a 2010, začaly i v Česku do sítě zapojovat ve velkém solární farmy, objevily se obavy, co tyto zdroje způsobí. Do sítě se zapojil výkon odpovídající při naprostém maximu zhruba dvěma temelínským reaktorům. Přitom Slunce a vítr jsou nespolehliví sluhové: kolik energie vyrobí, určují jen náhodné vlivy a nelze je příliš řídit, maximálně lze jejich výkon pouze omezit či odstavit. Což zase neumožňoval zákon, podle kterého měl odběr energie z obnovitelných zdrojů za všech okolností maximální přednost (to se později změnilo). Situace hrozila výpadky dodávek. Především se obnovitelné zdroje (OZE) ukázaly být zvladatelné. Česko si s nimi poradilo hladce a bude to téměř určitě platit i v příštích pár letech, protože podpory na jejich rozvoj jsou obecně nízké. „Za prvé máme tu výhodu, že jsme propojeni na všechny strany a máme soběstačnou energetiku,“ říká Jan Švec z katedry elektroenergetiky pražského ČVUT. A pokračuje: „Pomohl i fakt, že rozvodná síť ve střední Evropě je považována za jednu z nejhustěji propojených ve světě.“ V posledních letech také správce sítě ČEPS průběžně posiloval přenosové schopnosti a má poměrně ambiciózní plán investic.
Neméně důležitým faktorem je také kouzlo velkých čísel. Jak se ukázalo (a jak koneckonců předpovídaly i matematické modely), obnovitelné zdroje úplně nepředvídatelné nejsou. „Pokud vezmete jednu výrobnu, ať už solární, nebo větrnou, budou výkyvy výkonu opravdu ohromné. Ale když je jich připojeno hodně, tak se rozdíly statisticky v podstatě setřou a jejich celkový výkon lze celkem dobře predikovat,“ říká Jan Švec. V praxi dnes mají provozovatelé na několik hodin dopředu poměrně přesnou představu o tom, kolik energie mohou z těchto zdrojů očekávat, a připravit si řešení s pomocí záložních zdrojů, případně omezením výroby či spotřeby.
Má to své nevýhody: nápravné kroky něco stojí, navíc přesnost není jistě ideální a v některých místech může dojít k místnímu přetížení sítě. V některých případech může také dojít k porušení pravidla „n-1“, podle kterého musí být přenosová soustava vždy tak stabilní, aby snesla náhlé odpojení nějakého jednoho velkého prvku: elektrárenských bloků, rozvodny atp. Celkově se však změny výkonu v důsledku výroby obnovitelných zdrojů ukazují jako zvladatelné. Navíc pomáhají další technologické změny. „Výrazně se vylepšily modely řízení sítě jako takové,“ říká Dalibor Klajbl ze společnosti ČEPS, provozovatele elektrické sítě v České republice. ČEPS a další podobné společnosti si tak mohou díky počítačům velmi rychle udělat představu, jak síť bude reagovat na různé situace, a podle toho se na ně připravit. Spolu s rozvojem OZE zhruba v posledním desetiletí nastal rozvoj i v automatizaci řízení sítě a komunikačních technologií. „Zvýšila se spolehlivost a rozsah automatického řízení sítě, sběr informací o stavu sítě i jejich vyhodnocování a tak dále. Výrazně se tak zlepšila operativnost – schopnost rychle reagovat a provádět změny,“ shrnuje výhody celé řady dílčích inovací Jan Švec z ČVUT.
Soustava by snesla zapojení mnohem většího počtu obnovitelných zdrojů než dnes, závisí to ovšem na legislativě. „Musí být jasně zakotvená možnost vypínat v nutné situaci zdroje, které nemají schopnost regulace, abychom se nepřipravili o možnosti reakce na nepředvídatelné události či přímo neohrozili síť,“ říká Jan Švec. Jinými slovy, není možné, aby obnovitelné zdroje vyráběly neustále na hranici svých technologických možností, jak předpokládala například česká legislativa přijatá v době před rozvojem obnovitelných zdrojů. V obtížných situacích je už dnes v řadě případů nutno dát přednost zdrojům, které regulační schopnosti mají, a tím zvýšit schopnost reakce na nepředvídatelné události či ohrožení sítě. Řízení soustavy s tisícem zdrojů je i v mnoha dalších ohledech pro současnou energetiku výzvou; představuje něco zcela jiného než řízení sítě založené na výkonu dvou, tří elektráren. Budou nutné inovace, a to nejen technologické. Například bude třeba najít nový model rozdělování nákladů a zisků. Pokud tak dojde k odstavení jednoho zdroje kvůli ohrožení sítě, je těžko představitelné, že by náklady s tím spojené (tj. ušlý zisk) nesl jenom jeho majitel. Takový postup je dlouhodobě těžko představitelný, vedl by k vyostření sporů mezi výrobci a provozovateli sítě, a v důsledku toho by tedy komplikoval i řízení sítě. Fotovoltaická elektrárna by měla být „plug and play“, mělo by tedy stačit pouze ji zapojit do sítě, a o více se nestarat. Jinými slovy, majitelé malých elektráren by při připojení do sítě souhlasili s tím, že řízení výroby není zcela v jejich moci a bude o něm (tedy do určité míry) rozhodovat i provozovatel rozvodné sítě v automatickém či poloautomatickém režimu. Jednou nadějí jsou tzv. virtuální elektrárny, což je označení pro skupinu různých zdrojů, která se navenek chová jako jeden celek. Nejjednodušší je to v případě, že taková skupina má jednoho vlastníka, který si celou skupinu řídí jako jeden celek. V principu je samozřejmě stejně tak možné, že půjde o skupinu či sdružení vlastníků, kteří se ovšem musí nějak dohodnout na tom, jak bude probíhat rozdělení příjmů z vyrobené elektřiny – v podstatě tedy jako výrobní družstvo či spolek.
Ještě výrazněji k udržení stability provozu sítí přispěly změny ve spolupráci mezi jednotlivými provozovateli. V posledních několika letech mezi nimi platí jasné dohody a jejich dispečinky jsou prakticky neustále ve spojení v reálném čase, společně se podílejí na přípravě provozu na další den atp. A nejen to: v rámci dohody zastřešené jejich asociací ENTSO-E mají také jasný mechanismus, jak má provoz vypadat technicky či jak se odškodnit v případě vzájemně způsobených poruch. Výrazným impulzem k tomu byly i velké blackouty z roku 2003 v Itálii a roku 2006 v Německu. Evropa na ně zareagovala a elektroenergeticky se velmi výrazně „sblížila“. Podle Lisabonské smlouvy je sice energetika jako taková stále záležitostí jednotlivých zemí, bezpečnost dodávek je ovšem věcí společnou. Vždyť celý kontinent je propojený. I proto je z posledních signálů z Bruselu, například z únorové komunikace místopředsedy Evropské komise s odpovědností za energetickou unii Maroše Šefčoviče, jasné, že energetická unie se má nadále posilovat na úkor národních zájmů. Měla by se zvyšovat energetická provázanost a solidarita mezi členskými zeměmi.
V mnoha ohledech má ale společná politika co dohánět. Podle jednou zmiňované zprávy Evropské komise dnes není možné dostatečně pružně dopravovat elektřinu po Evropě. Chybějí zejména přeshraniční propojení, bez kterých jednotný trh nemůže řádně fungovat. Ve středoevropské oblasti tak například komplikuje běžný provoz fakt, že Rakousko a Německo jsou z obchodního hlediska jednou tržní oblastí. Účastníci jejich trhu si přeprodávají elektřinu bez ohledu na fyzické hranice těchto dvou států a okolní systémy. Dává to smysl: rakouské vodní elektrárny mohou skladovat nadbytky elektřiny z německých obnovitelných zdrojů a v případě nižší výroby v Německu je prodávat zpět. S obchodem v takovém rozsahu se ovšem dříve nepočítalo. Přímá severojižní spojení v rámci Německa a německo-rakouské spojky nestačí, a tak si obchodovaná elektřina, věrná fyzikálním zákonům, nachází ve velkých objemech zkratku přes naše (a stejně tak i dále na západě například přes belgické) území. Podle něj tyto přetoky představují v některých případech riziko pro bezpečný provoz naší soustavy. Plánované vedení mezi severem Německa (kde leží větrné farmy) a Bavorskem na jihu nabírá neustále zpoždění kvůli debatám o jeho podobě a trase. Je to běžný problém: stavba nových vedení je v evropských zemích s vysokou mírou majetkové ochrany procesem na dlouhé roky; ČEPS uvádí obvykle deset až dvanáct let. A německé příklady navíc ukazují, že dnes to může být v případě kontroverzních staveb i více. Situace ale samozřejmě není neřešitelná. Paradoxně by nám tak dříve mohlo alespoň do jisté míry pomoci vedení úplně opačným směrem: ze severního Německa do Skandinávie. Tam se staví v posledním desetiletí podmořská vedení stejnosměrného proudu, která spojují severské vodní elektrárny s větrnými parky v Německu. Jde sice o drahé a náročné projekty, ale jejich schvalování je mnohem jednodušší. Navíc rozdíly v ceně elektřiny jsou tak veliké, že i projekty za desítky miliard korun se vracejí do několika let.
Evropu postihly v prvním desetiletí 20. století dva velké blackouty. Prvně to byla událost z roku 2003, kdy v Itálii bylo bez proudu 56 milionů lidí. Prvotní příčinou byly špatně udržované průseky pod vedeními, takže došlo ke zkratování o vegetaci. Itálie, která je velkým dovozcem elektřiny, si bez přeshraničních spojení nedokázala udržet síť v provozu. K nehodě přispěl i fakt, že dispečeři neměli přesné informace o stavu sítě u sousedů, a tak například Švýcaři reagovali na italské problémy nepříliš pružně. Snad ještě důraznější lekcí byl velký blackout z roku 2006, kdy došlo k „dominovému efektu“ – kaskádovitému odpojení důležitých vedení v Německu u hranic s Holandskem. Přitom šlo o ryze lidskou chybu. Kvůli včas dopředu oznámenému průjezdu velké lodi došlo k odpojení vedení nad plavebním kanálem, jednotlivé dispečinky si však informaci nepředaly. Bez proudu se kvůli chybě ocitlo 15 milionů lidí a celá Evropa se rozdělila na tři samostatně pracující energetické ostrovy: velká část západní Evropy se potýkala s nedostatkem proudu, zatímco například Česká republika a okolní státy měly nadvýrobu. Zásahy dispečerů (včetně nuceného odpojování spotřebitelů) tehdy zabránily větším výpadkům či celkovému blackoutu.
Hlavním bezprostředním řešením je stavba dvou transformátorů u Hradce v severních Čechách, které mají „ukáznit“ přetoky z Německa. Podobná zařízení postavily i státy Beneluxu a podle informace provozovatele sítě se osvědčila. Jde o tzv. transformátory s řízeným posuvem fáze (používá se pro ně běžně anglické označení PST čili „phase shift transformers“). Elektrická energie teče soustavami podle fyzikálních zákonů od míst výroby do míst spotřeby. Takto však může dojít k přetížení některých linek s menší přenosovou schopností. Díky PST je možné virtuálně zvýšit „odpor“ na jedné z těchto cest, a tak jí odlehčit. (Upozorňujeme, že nejde o popis fyzikálního principu funkce PST, ale jen analogii. Ve skutečnosti se odpor vodičů – ve smyslu fyzikální veličiny – nijak nemění.) Nejde však o nějakou „zbraň“ proti Německu. Na německé straně se také staví dva transformátory stejného typu, a i když nejsou přímo propojeny a jejich řízení obstarávají různí lidé v různých dispečincích, jejich činnost bude koordinována. Z nedávných evropských zkušeností se zdá, že právě ve spolupráci je skryta nejlepší naděje na další léta bez výpadků.
Vypravte se s námi do historie české energetiky, společně ale nahlédneme i do její budoucnosti. Hostem podcastu je Tomáš Hüner, ředitel divize chytré infrastruktury v českém Siemensu, který se oblasti energetiky věnuje již více než 30 let.
Průmyslové metaverzum – nový svět, který zrcadlí a simuluje skutečné stroje, továrny, města, dopravní sítě a ostatní i velmi složité systémy – nabídne svým aktérům interaktivní reprezentace a simulace skutečného světa v reálném čase. V dějinách průmyslu představuje zcela novou kapitolu, kterou začínáme společně psát.
Reprezentativní budova Opery v Dubaji, hlavním městě stejnojmenného emirátu, v sobě skrývá špičková zařízení Siemens, která symbolizují pronikání moderních technologií této společnosti nejenom do exkluzivních koncertních sálů. Jsou také příkladem pro budování inteligentních měst.
Budoucím trendem zemědělství je udržitelné pěstování plodin s méně zdroji a bez použití chemických přípravků. Aby zemědělci mohli vyhovět těmto novým nárokům a požadavkům, musejí úzce spolupracovat s průmyslem, který jim dokáže poskytnout potřebné nástroje. Jak dobře může taková spolupráce fungovat, názorně předvádí FRAVEBOT – robot, který na brněnské rodinné farmě Ráječek monitoruje a sklízí jahody.
