Čistá energie

Do technologie nazývané CCS (Carbon Capture & Storage), se už investovaly miliardy dolarů a mají být investovány další a výsledkem je několik pilotních projektů.
Zásadním řešením by mohlo být – prostě CO2 neprodukovat. Jak to udělat je námětem tohoto článku.

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.