Budeme
zkoumat funkčnost modelu zdroje čisté energie OZE + JE.
Předpokladem je, že uhlí pro elektřinu nebude použito, tedy pod
zem se nic zakopávat nebude.
Samotné OZE, jak jsme prokázali v
předcházejících článcích, kompletní produkci elektřiny v
podmínkách ČR nezajistí, proto do soustavy přidáme další
čistý zdroj a pokusíme se vymodelovat chování elektrizační
soustavy pomoci OZE + JE.
Samozřejmě absolutně čistý
energetický zdroj neexistuje. Každý energetický zdroj má svoje
ekologické dopady včetně OZE a JE. V porovnání s fosilními
zdroji jako uhlí, ropa jsou však dopady řádově nižší, což by
mohlo splňovat kritéria pro skleníkové plyny podle EU.
Vzhledem
k velkému potřebnému podílu OZE s proměnlivou produkcí během
dne i roku, budou OZE podstatně ovlivňovat rovnováhu elektrizační
soustavy.
Budeme zkoumat pomoci simulačního modelu, jak by
taková soustava fungovala, za jakých okolností by byla
provozuschopná a za jakých nikoliv.
Nebudeme
řešit problémy elektrizační soustavy ekonomické, technické,
politické nebo ideologické. Před uvedenými procesy je nutné
provést testy funkčnosti navrhované soustavy, jinak jakékoliv
úvahy o různých kombinacích zdrojů energie nemají smysl, pokud
nebude předem prokázáno, že soustava bude alespoň v hlavních
rysech fungovat. To platí zejména v současné době, kdy do hry
vstupují ve větším měřítku zdroje neregulovatelné a závislé
na počasí.
Náš model řeší funkčnost elektrizační
soustavy s dosud známými technickými prostředky při souběhu OZE
+ JE z hlediska bezpečnosti dodávky, regulace, akumulace v průběhu
celého roku.
1.
Z čeho vycházíme – jak budeme postupovat..
-
Vlastní simulace je založena na vnitřních parametrech uvedených
zde Vnitřní
parametry
-
Vnější parametry jsou dány instalovanými výkony zdrojů,
spotřebou a regulační energií.
- Výchozím stavem budou
výkony a produkce energie v uzavřeném roce 2010 včetně uhlí
jako referenční soubor.
Na tomto definovaném stavu byla ověřena
funkce simulačního programu pro aktuální strukturu výkonů –
program pracuje s odchylkou ± 1% proti skutečnosti.
- V dalším
kroku zjistíme, kolik výkonu bude potřebné nahradit po vyloučení
uhlí.
2.
Výchozí stav elektrizační soustavy v roce 2010 je uveden v
následující tabulce.
Hodnoty
jsou převzaty z dokumentu Roční
zpráva ERÚ 2010
Důležité je, jaký výkon bude muset být nahrazen zdroji OZE po výpadku uhlí.
Současný
energetický systém je výkonově předimenzován – současný
instalovaný výkon je 20,1 GW, běžně je pro provoz ES potřebných
pro tuzemskou spotřebu do 13,0 GW. Současně je produkován
přebytek 14 Twh, který je exportován.
Pro náš scénář
počítáme s tím, že bude elektřina produkována pouze pro
tuzemskou spotřebu s malým přebytkem pro pokrytí spotřeby 70 TWh
btto.
Předpokladem je, že bude pracovat průmysl, elektrifikace
dopravy a rozvíjet se elektromobilita, takže nějaké velké
snížení spotřeby elektřiny není ve výhledu, jinak by
společnost musela přejít na nějakou variantu nouzového
provozu.
Souhrnně lze uvést (zaokrouhleno na GW, podrobnosti
v tabulce):
Současný instalovaný výkon s uhlím 20,1
GW
Instalovaný výkon pro tuzemskou spotřebu 13,0
GW
Současný instalovaný výkon pro OZE a JE 8,7 GW
Pro
zabezpečení spotřeby 70 Twh se nedostává 13,0 – 8,7 = 4,3
GW
Instalovaný
výkon JETE + JEDU 3,9 GW
Současný výkon OZE
4,8 GW
Celkový potřebný inst.
výkon OZE 4,8 + 4,3 = 9,1 GW
Z uvedeného přehledu je patrné, že OZE mají 2,3 násobnou převahu nad JE a stávají se dominantním zdrojem.
Pro
podrobnější přehled je uvedena tabulka:
Pokud někdo nerad
čte čísla, tak se mu omlouvám, tabulku může přeskočit.
Z
něčeho se vařit musí.
- Ve sl. 1 je uveden název zdrojů
vstupujících do simulace
- Ve sl. 2 je produkce energie v Gwh v
r. 2010 jednotlivých zdrojů
- V sl. 3 je instalovaný výkon
jednotlivých zdrojů včetně uhlí, olejů a ZP
- Ve sl. 4 jsou
hodnoty zdrojů OZE + JE bez uhlí
1 |
2 |
3 |
4 |
Zdroje |
Produkce r. 2010 [GW] |
Instalovaný výkon r. 2010 [MW] |
Instalovaný výkon r. 2010 JE + OZE [MW] |
PE (ČU,HU,oleje,ZP) |
48 479 |
10 446 |
0 |
PPE+PPS – paroplynové+spal |
3 080 |
959 |
0 |
Jaderné elektrárny JETE + JEDU |
27 998 |
3 900 |
3 900 |
VE – vodní |
1472 |
742 |
742 |
MVE – malé vodní |
1317 |
313 |
313 |
PVE – přečerpávací vodní |
591 |
1147 |
1147 |
VTE – větrné |
336 |
218 |
218 |
FVE – fotovoltaika |
616 |
1 959 |
1 959 |
Biom – biomasa |
1512 |
323 |
323 |
Biop – bioplyn |
509 |
66 |
66 |
Celkem |
85 910 |
20 073 |
8 668 |
2.
Regulace, akumulace
Z
uvedeného je patrné, že dominantním zdrojem jsou OZE a tím bude
podstatně ovlivněno chování elektrizační soustavy. Vzhledem k
tomu není možné staticky počítat s prostými součty položek,
ale výkony rozložit do průběhu celého roku s průběžnou
regulací, protože ty se budou měnit v závislosti na počasí i na
změně spotřeby. K tomu je potřebný regulační výkon, který
budeme pomoci simulace zjišťovat. Na regulaci soustavy budou
kladeny mimořádné nároky.
Simulací zjistíme limit
podpůrných služeb Pps ve kterém se může regulace
pohybovat..
Možné regulační zdroje:
-
Příspěvek OZE k regulačním výkonům je minimální a nárazový,
hledáme další možnosti.
-
K
produkci regulačního výkonu po ztrátě regulačních uhelných
bloků zapneme primární , sekundární regulaci a zápornou
terciární regulaci u JE, která doposud nebyla využívána.
Vzhledem k tomu, že s tímto procesem nejsou v ČR zkušenosti, bude
tento parametr pohyblivý. Pokud někdo má představu, jak by takový
proces probíhal, rádi se od něho poučíme. Každopádně to bude
znamenat snížení produkčního výkonu.
Jen
pro dokreslení ve Francii je regulace elektrizační soustavy z 80%
zajištěna jadernými zdroji,
ovšem při velkém počtu reaktorů, u nás by takto mohl fungovat
jen jeden JETE (nebo i JEDU?).
- Další možností je regulace
pomoci vodíkových zásobníků. V článku Regulace
H2
jsme prokázali, že samotné OZE regulaci v průběhu roku
nezajistí, je možno počítat pouze s nárazovými přebytky během
letních měsíců použitelných pro výrobu H2 a jejich uložení
do zásobníků. Nicméně produkce H2 se nabízí využitím JE,
však na úkor produkce energie. Objevují se nové postupy pro
výrobu vodíku produkce
vodíku,
bohužel zatím každý postup vyžaduje velké množství vstupní
energie.
- Současné přečerpávací vodní elektrárny, jejich
zvýšení je žádoucí, zřejmě nereálné.
- Existují další
prostředky akumulace např. CAES (skladování pomoci stlačeného
vzduchu) viz. Stlačený
vzduch.
3.
Co budeme v následujících dílech zkoumat ve scénáři OZE + JE
?
- Možnosti zvýšení
výkonu OZE o hodnotu nahrazující uhlí.
- Základní model
proběhne se současným výkonem JE + OZE.
- Model při dostavbě
JETE + 2000 MW, možné simulovat další varianty.
- Vzhledem k
dominující OZE sledovat chování ES v průběhu roku.
- Pro
různé varianty stanovit potřebnou velikost regulačního výkonu.
-
Případný nárazový přebytek neexportovat, ale akumulovat ho do
zásobníků pro potřeby regulace.
Pokud přijde další námět,
tak ho můžeme zařadit.
Připojováním
OZE do elektrizační soustavy se zabývá ČSRES, EGU a.s.
Brno
Připojování
OZE.
ČSRES
počítá se stávajícími podpůrnými službami Pps jako limitem
pro připojení OZE.
Celkem jsou podány žádosti o připojení
12 096 MW (FVE,VTE) do sítě ES a jsou z hlediska limitů Pps
nerealizovatelné.
My
budeme muset hledat Pps z jiných zdrojů. Scénář OZE+JE ČSRES
funkčně neprověřoval a není známo, že by to někdo prováděl,
ačkoliv hrozba nedostatku uhlí pro elektřinu existuje. Z hlediska
produkce CO2 jsou všechny jiné varianty špinavější.
Je
otázka, jestli ve scénáři JE+OZE je zajištění elektřiny
uskutečnitelné.
Účelem tohoto článku není zkoumat, jestli má, nebo nemá být využívána jaderná energetika, nýbrž hledat možnosti, jak zajistit zásobování elektrickou energií pomoci zdrojů, které jsou v ČR k dispozici.