Čistá energie – realita

Jak by fungoval nebo nefungoval model OZE+JE s vyloučením uhlí a plynu.
Použijeme nejnovější informace o reálné produkci VTE a FVE na základě produkce celoplošně připojených zařízení k 6/2011 v ČR.

Základní předpoklady
- S vyloučeným uhlím vyloučíme certifikované uhelné regulační bloky zajišťující primární sekundární a terciární regulaci. Regulační výkon se nakupuje od vteřinových po hodinové regulace od certifikovaných regulačních zdrojů .
Otázkou zůstává, odkud se budou nakupovat přesně definované regulační zálohy pro zajištění trvalé výkonové rovnováhy.
- K regulaci zůstávají přečerpávací vodní elektrárny (PVE) 1147 MW s omezeným rozsahem energie.
- V simulaci budeme hodnotit žádosti o připojení OZE. Podle ČSRES a.s.
to vysoce překračuje současné regulační možnosti.
My budeme simulovat, co by to s ES udělalo kdyby se realizovaly všechny žádosti o připojení OZE.
- Pro eliminaci letního provalu FVE bude k dispozici export, aby se snížil požadavek na zápornou regulaci.
- Regulační export, import bude omezen kapacitou přeshraničního přenosového výkonu 3500 MW.
- Nepočítáme s obchodním exportem
- Instalované výkony v modelu se budou pohybovat do rozsahu současných neuspokojených žádostí o připojení FVE a VTE.
- Podle zákona musí být energie z OZE odebrána a není ji možné regulovat např. vypínáním nebo omezením při přetížení a zatím není vyřešena ochrana před přetížením ze strany německých výkonů.

2. Současný stav produkce z OZE na základě údajů ERÚ dle skutečné produkce.
K dispozici jsou data za prvních 7 měsíců roku 2011, postupně budeme upřesňovat jak budou nabíhat další měsíce.
Vítr:
Instalovaný výkon 216 MW se neměnil, bylo vyprodukováno 222 Gwh, prům účinnost 20,95%. Produkce byla stabilní kolem 30 Gwh/měs. Největrnější byl duben 37 Gwh, nejméně větrný květen 24 Gwh.
Fotovoltaika:
Připojený instalovaný výkon 1970 MW se neměnil, bylo vyprodukováno 1 383 Gwh, prům. průměrná účinnost 9,04 %, v.lednu pouze 2,5%, nejvíce květnu 20%.
Průběh přinesl určitá překvapení. Narozdíl od větru jsou velké rozdíly v produkci lednové 36 Gwh a největší produkci květnové 300 Gwh. Zajímavé je, že nikdy nebylo dosaženo instalovaného výkonu i při celoúzemním slunečním svitu.
Uvedená produkce byla prověřena simulačním modelem, ve kterém se vycházelo z fyzikálních principů, tudíž při celoúzemním slunečním svitu v ČR model počítal i s instalovanými výkony. Uvedené a další reálné výsledky jsou cenným podkladem pro doladění simulace pro reálné podmínky.
Biomasa zatím neměla vliv na stabilitu ES.

3. Porovnání produkce
Vstupní parametry jsou v následující tabulce

Komentář (zaokrouhleno na Twh):
– Sl.1 Instalovaný výkon jednotlivých zdrojů v r. 2010. Současná regulační soustava byla schopná zdroje FVE,VTE odregulovat pomoci stávající regulační soustavy.
– Sl.2 Výroba v r. 2010 86 TWh s exportem resp. saldem import/export 15 TWh,
= 71 Twh tuzemské spotřeby. Regulace byla zajištěna prostředky pomoci vlastních regulačních záloh uhelných bloků s malou výměnou importu exportu.
– Sl.3 Instalovaný výkon po vyloučení PE a PPE+PPS, zbývá pouze JE+OZE. Instalovaný výkon OZE je v rozsahu neuspokojených žádostí o připojení. Instalovaný výkon je srovnatelný s r 2010 – cca 20 GW, ale produkce je o 30 Twh nižší z důvodu nižší účinnosti OZE.
- Sl.4 Výroba podle žádostí o připojení OZE = 55 Twh. Předeslali jsme, že budeme hodnotit tuzemskou spotřebu 70 Twh, takže uvedená konfigurace vyprodukuje o 15 Twh méně než je tuzemská spotřeba.

Porovnání produkce 2010 s produkcí podle žádostí o připojení
	1	2	3	4
Zdroje	Instalovaný výkon 2010 s uhlím [MW]	Výroba 2010 s uhlím [Gwh]	Instalovaný výkon žádostí o připojení [MW]	Výroba podle žádostí o připojení [GWh]
PE (uhlí)	10 446	48 479	0	0
PPE+PPS	959	3080	0	0
JETE+JEDU	3900	27 998	3 900	27 317
VE	742	1 472	742	1 472
MVE	313	1 317	313	1 317
PVE	1 147	591	1 147	336
VTE	218	336	3 655	5 784
FVE	1 959	616	8 5447	8 522
Biomasa	32	1 512	1 000	6 496
Bioplyn	66	509	500	3 852
Celkem	20 073	85 910	19 804	55 096

4. Regulace
V odst. 3. jsme uvedli energetickou bilanci zkoumané konfigurace zdrojů. Do hry vstupuje požadavek na rovnováhu ES v každém okamžiku.
Podmínky pro chod ES JE+OZE – vychází z fyzikálních vlastností elektřiny.

- Systémové služby jsou nezbytné pro udržení spolehlivého chodu ES. Prostředky pro realizaci systémových služeb jsou obstarávány na trhu s podpůrnými službami PpS (subjekty s potřebnou certifikací).
A tady nastává první problém. Certifikované PpS zmizely i s uhlím a je třeba je nahradit jinými regulačními výkony.

Jaké jsou v těchto podmínkách možné zdroje pro regulaci:

- V omezené míře bude zapnuta primární, sekundární a terciární regulace u JE.
Pro eliminaci nárazů FVE a VTE bude zapnuta terciální regulace TR -100MW /blok v JETE a 4x80 MW v JEDU a minimální hodnota exportu 10 Twh..
- Vodíkové zásobníky dodávající regulační energii na základě přebytků z JE a OZE. Tento hypotetický zdroj je zatím jen v úvahách, reálná instalace zatím není k dispozici, tedy zatím nejsou známy vlastnosti tohoto zdroje.
- Biomasa se předpokládá zatím jen u menších zdrojů s celoroční závislostí na vzdáleném dovozu. Do jaké míry může získat certifikaci pro dodávku PpS a v jakém množství zatím není jasné. Musí to být zcela zaručené zdroje, jinak by ohrozily ES.
- Bioplyn je vcelku dobře definovatelný pro regulaci, pokud se docílí trvalá dodávka, aby mohl získat certifikaci.
- Přečerpávací vodní elektrárny PVE jsou v provozu už v současné době, jsou použitelné v omezeném rozsahu pro špičkové vykrývání, nikoliv pro dlouhodobou zálohu.
- Existují další prostředky akumulace a regulace jako např. systém CAES (skladování pomoci stlačeného vzduchu), zatím jsou ve stádiu vývoje v pilotních projektech a zatím se pro celoplošnou regulaci nepoužívají.
- Další OZE (FVE,VTE) nemají regulační kapacitu

Pro uvedené a možná další regulační zdroje zatím není znám způsob jejích začlenění do nákupu PpS – každopádně musí být respektovány fyzikální zákony.

Abychom mohli přikročit k modelování ES s OZE+JE, budeme předpokládat, že uváděné prostředky budou schopny splnit požadavky na PpS. V simulaci budeme prošetřovat, jak velkou regulační energii budou muset poskytnout, aby ES byla v rovnováze za předpokladu, že budou splněny žádosti o připojení.

5. Statický pohled
Pokrytí spotřeby (zaokr. GW)
- Je dosažen inst. výkon 20 GW, reálný výkon 6,2 GW, který zajistí spotřebu 55 TWh btto 15 Twh musí být dokoupeno z importu. Daná konfigurace tedy spotřebu 70 Twh nezajistí.
Zálohy:

Budeme předpokládat, že bude možno nakoupit vlastní regulační výkon od regulačních bloků JE. Další regulační výkon bude možné nakoupit od externích zdrojů.
K zajištění trvalého rovnovážného stavu ES pro tuto konfiguraci je třeba :
vlastní regulace kladná......... 5380 Gwh s max. výkonem ...1 086 MW
vlastní regulace záporná.... -1 451 Gwh...s max výkonem -1 450 MW
import regulace kladná …. . +6 680 Gwh s max. výkonem 4 394 MW
export regulace záporná . . -3 030 Gwh s max. výkonem -8 092 MW

celkem požadovaná regulace pro danou konfiguraci:

regulace kladná 12 060 Gwh max. výkon 4 394 MW
regulace záporná - 4 481 Gwh max. výkon -8 092 MW

Komentář:
Regulace počítá s určitým stavem vlastní regulační energie + energie z export/import. Pokud bude menší vlastní zásoba, musí být větší externí regulace a naopak.

V podstatě na externí regulaci jede Dánsko, které je téměř plně závislé na regulaci z norských a švédských vodních zdrojů.
Přitom dochází k enormnímu přetěžování PS, která při nárazech produkce zejména v letním provalu dosahuje při exportu až 2,5 násobku přípustného zatížení sítě a přetížení transformačních schopností.

Znovu je třeba si uvědomit, že nejsou připojeny regulační uhelné bloky.
Na kritická místa si ukážeme v dalším odstavci, dynamickém pohledu.

6. Dynamický pohled.
Při tomto pohledu je třeba vzít na vědomí, že energie neleží na jedné hromadě, ze které si můžeme uloupnout podle potřeby, to je možné pouze u jádra a uhlí, kde se energetika kalkuluje staticky. Energie s velkým podílem OZE je produkována v čase s neustále se měnícími produkčními podmínkami během dne a roku. Při zvyšujícím se podílu OZE v závislosti na změnách počasí během roku dochází k ovlivňování produkce a zejména stability ES. Model pro samotné OZE byl uveden např. v článku Jak fungují OZE v čase a ukázal, že samotné OZE s ohledem na průběh počasí dodávku elektřiny nezabezpečí.

Průběh je během roku je velmi proměnlivý:

- v měsících lednu až březnu vlastní kladná regulace nestačí krýt požadavky a musí být dodána regulačním importem v rozmezí od 0 do 4 300 MW.
- v dubnu a květnu se začíná projevovat sluneční svit a dochází k nárazové záporné regulaci v rozmezí od 0 do -5 000 MW střídavě s ubývajícím importem
- během června až srpna dochází k letnímu provalu s nárazovými zátěžemi exportu až o 8 000 MW, import poklesne na 0.
- v září a říjnu ubývá slunce, ubývá exportu a přibývá importu.
- listopad a prosinec je ve znamení importu
Během roku by došlo k nepřijatelnému přetěžování PS.

4. Závěr.
- Provedená simulace prokazuje závažný vliv počasí v průběhu roku s nárazovým požadavkem na regulaci při převládajícím podílu OZE.
K zajištění spotřeby by nestačilo ani splnění všech žádosti o připojení OZE k síti, pokryly by pouze 55 Twh oproti požadované spotřebě 70 Twh je to o 15 Twh méně.
- Uvedená konfigurace zdrojů není schopná zajistit regulaci ES bez externí regulace.
- I při zajištění externích regulačních zdrojů by při jejich čerpání docházelo k nepřípustnému přetěžování PS.
- Náhrada výkonu uhlí se dá zajistit pouze enormním zvyšováním reálného výkonu OZE, ovšem bez příslušné regulace. Jak budou v tomto směru fungovat smart grids nebo evropská síť, jestli bude regulovaná, zatím není jasné.
- Model připojování OZE do současné PS provádí spol. ČSRES a.s. ovšem se stávajícími PpS, až nebude uhlí, bude muset i ona zahrnout vliv počasí.

- Budeme zjišťovat další možnosti zvýšení podílu OZE pro zajištění btto spotřeby 70 Twh s co nejmenším vlivem na stabilitu.
- Příště připojíme do systému další 2 bloky Temelína a budeme zkoumat, jak to ovlivní ES.