Vítr ve službách energetiky – a problémy přenosových sítí

10. 12. 2010 OF 4/2010 Energetika

Přes polovinu české spotřeby energie pokrývá zemní plyn a ropa – paliva, jejichž ceny jsou dlouhodobě nestabilní. Cílem Evropské unie je snížit emise CO2, ale i závislost na vnějších zdrojích. Jedním z možných řešení je využívání přírodních zdrojů. Solární i větrné parky jsou výzvou pro investory, ale problémem provozovatelů energetických sítí.

Evropská unie přijala v roce 2008 balíček opatření, známý jako iniciativa 20-20-20. Řeší tři základní oblasti z hlediska EU jako celku: snížení vlastních emisí o 20 % ve srovnání s úrovněmi roku 1990, zvýšení, resp. dosažení 20 % podílu obnovitelné energie na energetické spotřebě a zlepšení (zvýšení o 20 %) energetické účinnosti.

Pro každý stát z tohoto balíčku vyplývají konkrétní cíle, jichž musí do roku 2020 závazně dosáhnout. Tyto závazky jsou součástí přílohy směrnice o podpoře obnovitelných zdrojů energie. Česká republika tak má v souladu s obsahem směrnice dosáhnout 13 % podílu energie z obnovitelných zdrojů v roce 2020 (oproti 6,1 % z r. 2005). Jde o podíl na hrubé spotřebě energie v zemi.

Evropa se plní větrnými elektrárnami

Pro dosažení požadovaných je ve velké míře podporováno využívání větrné energie. Zejména obrovský potenciál větrné energie na moři se zřejmě v budoucnu stane pro mnohé členské státy nástrojem pro splnění cílů.

Podle údajů Evropské asociace pro větrnou energii EWEA (European Wind Energy Association) je v celé Evropě instalováno přes 60 tisíc větrných turbín. Nejvíc jich je v Dánsku, Německu, Nizozemí a ve Španělsku; nejméně ve Slovensku, Slovinsku na Maltě a Kypru.

Větrné elektrárny v Evropě nyní přibývají velmi rychle. V období 1995–2005 se souhrnný instalovaný výkon větrných elektráren (VtE) v EU zvyšoval v průměru o 32 % ročně. Ke konci roku 2009 už bylo v rámci evropské "sedmadvacítky", souhrnně instalováno 74 767 MW ve větrné energii, v celé Evropě to bylo 76 152 MW. Jen v r. 2009 přibylo v rámci Evropské unie celkem 10 163 MW nových kapacit instalovaných ve větrných elektrárnách (nejvíce ve Španělsku, Německu, Francii, Itálii a Velké Británii). Experti EWEA očekávají, že do roku 2020 bude v Evropě instalováno ve větrných elektrárnách 230 GW a tato výroba pokryje 14–17 % poptávky po elektrické energii v rámci EU. V roce 2030 by pak, podle odhadů, mohlo být v EU k dispozici 400 GW pro 26–35 % celkové poptávky po elektřině.

Fyzikální toky nemusejí sledovat obchodní

Větrné elektrárny jsou, stejně jako fotovoltaické instalace, zdroji s přerušovanou výrobou (závislou na počasí). Svítí-li slunce nebo fouká-li vítr, vyrábějí (čili dodávají do sítě) ve velkém, za nepříznivých podmínek zase nevyrábějí vůbec. Průběh výroby je navíc značně nestabilní. V elektrizační soustavě musí být v každém okamžiku suma spotřeby přesně krytá výrobou, jinak dojde k odchylkám nominální frekvence 50 Hz, poklesu kvality elektřiny a poruchám v zásobování. Zdroje s přerušovanou a těžko předvídatelnou výrobou, jako jsou větrné elektrárny, musejí být zálohovány kapacitami konvenčních elektráren, aby nedošlo k přerušením dodávek elektřiny spotřebitelům.

Přenosové soustavy na evropském kontinentě jsou navíc navzájem synchronně propojeny a tvoří jeden fyzikální celek od Portugalska po Polsko a z Dánska do Řecka. Toto propojení umožňuje na jedné straně obchody s elektřinou a vzájemnou solidární výpomoc mezi jednotlivými provozovateli přenosových soustav, na straně druhé dochází v takovém systému také ke sdílení problémů v podobě systémových poruch či nestability. K "zavlečení" poruchy z jedné soustavy do jiných může dojít snadno. Ilustruje to příklad z Německa, kdy původně nevinné plánované vypnutí dvou linek málem způsobilo totální black-out.

Fyzikální toky výkonů jsou determinovány umístěním výrobních kapacit a míst spotřeby. Dá se říci, že sjednané obchody s elektřinou mezi dvěma zeměmi vyvolávají fyzikální toky výkonů, které zdaleka nenásledují obchodní cesty takových tržních transakcí. Tyto toky sledují cestu nejmenšího "odporu" v síti, takže například export elektřiny z Německa do Rakouska zčásti prochází přes Polsko a Česko, což přetěžuje přenosová vedení. Poslední takový případ nastal vloni v listopadu, kdy namísto sjednaného exportu ve výši 130 MW do Německa přitékalo k nám z Německa fyzicky až 1300 MW. Obdobné situace se v posledních letech opakují a činí problémy přenosovým soustavám.

Problémy přenosových soustav

Primární příčinou problémů v přenosové soustavě ČR způsobených zahraničím jsou tzv. kruhové a paralelní toky výkonů z větrných parků umístěných na severu Německa a masivní export elektřiny z Německa do Rakouska. Oba tyto fenomény způsobí přetěžování vnitřních sítí ČR a Polska. Současně s rozvojem výstavby větrných parků v Německu se v přenosové soustavě ČR začaly objevovat i první příznaky vlivu přetoků z výroby z těchto zdrojů na severu Německa.

Okolnosti, které způsobují nepříznivou situaci pro přenosovou soustavu České republiky:

  • vysoká výroba ve větrných parcích (instalováno cca 26 000 MW) na severu Německa způsobuje náhlý nadbytek energie,
  • klasické německé elektrárny musí snižovat výrobu,
  • velký nadbytek energie vyvolává dramatický pokles ceny elektřiny na burzách (v extrémních dodavatel platí zákazníkovi za to, že odebírá jeho elektřinu!),
  • výrobci v ČR nejsou schopni těmto cenám konkurovat a saldo vývozu z ČR se snižuje nebo je záporné,
  • odběratelé, disponující možností akumulace energie (typicky přečerpací vodní elektrárny v Rakousku), jsou schopni takovouto energii za nízké, nulové nebo dokonce záporné ceny využívat pro akumulaci v horních nádržích,
  • kombinace vysokých toků v propojených soustavách ve směru ze severu na jih a nízkého salda (malý nebo žádný export) způsobuje vysoké vnitřní zatížení přenosové soustavy ČR, a tím ohrožuje spolehlivost jejího provozu; situace se bude zhoršovat další nárůstem výkonu větrných parků, zejména příbřežních (off-shore).

Využití větrné energie má "zelenou"

Větrná energie bude i nadále hrát stěžejní roli v plnění cílů nové energetické politiky v Evropské unii. Masivní podpora větrných elektráren včetně projektů na moři, která je podporována částkou v řádu stovek milionů eur, není doprovázena adekvátním rozvojem stávající a výstavbou nové přenosové infrastruktury. Provozovatelé přenosových soustav se při výstavbě nového vedení i nadále potýkají s řadou překážek a nedostatečnou podporou Unie (finanční i politickou). Podle asociace provozovatelů přenosových soustav (ENTSO-E) naráží většina projektů výstavby nových nebo i jen posílení existujících vedení na délku řízení od 4 do 6 let, často se protáhne na 10–12 let, a v extrémních případech je délka povolovacího procesu až 30 let!

Středoevropské přenosové soustavy se v horizontu pěti let mohou ocitnout v kritickém stavu, pokud se na mezinárodní úrovni nezrealizují účinná nápravná opatření – sladění růstu větrných zdrojů s rozvojem síťových investic, přehodnocení některých investičních záměrů, harmonizace obchodních aktivit s fyzikálními možnostmi sítí, zlepšená koordinace mezi provozovateli přenosových soustav a účinná regulace výroby z větrných zdrojů v případě ohrožení bezpečnosti provozu soustav.

Eva Stejskalová