Batérie vyriešia hodiny, plyn zimu. Prečo OZE zvyšujú cenu flexibility

Elektrifikácia dopravy, vykurovania či priemyslu mení podobu energetiky. Spolu s rastúcou výrobou elektriny z obnoviteľných zdrojov však prináša aj nový problém: elektrinu treba vedieť zabezpečiť v čase, keď ju slnko ani vietor nevyrábajú.

Práve na túto stránku energetickej transformácie upozornil na nedávnej plynárenskej konferencii SPNZ Tomáš Rajčan zo spoločnosti IPESOFT. Podľa neho môže rast OZE paradoxne posilniť význam flexibilných plynových zdrojov. „Paralelný trend k elektrifikácii je niečo, čo môžeme nazvať plynofikácia elektroenergetiky,“ uviedol.

Jeho argument vychádza z jednoduchého predpokladu. Čím viac výkonu v sústave závisí od počasia, tým väčší rozdiel vzniká medzi okamihom, keď elektrina vzniká, a časom, keď ju spotrebitelia potrebujú.

Nemecko: viac OZE, no plyn neklesá

Ako príklad Tomáš Rajčan použil Nemecko. Na historickom vývoji tamojšieho výrobného mixu vidieť prudký rast obnoviteľných zdrojov. Podiel OZE dnes presahuje 50 %.

Napriek rastu OZE však plyn nezmizol. „Plyn je v podstate bez zmeny. Dokonca mierne rastie,“ povedal.

Expert z toho vyvodzuje záver, že nemecká energetická transformácia nie je iba príbehom rastu obnoviteľných zdrojov. „Nemecká energetika v podstate znamená zámenu jadra a uhlia za zemný plyn,“ uviedol.

Graf č.1: Vývoj energetického mixu Nemecka od roku 1990

Budúci vývoj podľa neho tento problém ešte zvýrazní. Nemecko má pre rok 2030 cieľ 80 % podielu OZE. Takýto podiel však automaticky neznamená, že regulovateľné zdroje prestanú byť potrebné.

Práve naopak. Pri vysokom podiele solárnej a veternej energie vznikajú počas niektorých období veľké prebytky elektriny, zatiaľ čo v iných hodinách či dlhších obdobiach môže výkon výrazne chýbať.

„Z dlhodobého hľadiska máme dva problémy s flexibilitou. Na tej ľavej strane máme prebytky, ktoré sú povedzme potenciálne pre technológie power-to-gas. Proste tej elektriny je tam priveľa. Ale zaujímavejšia je tá pravá strana, kde máme obrovský deficit v elektrine,“ okomentoval Rajčan graf bilancie výroby a spotreby elektriny v Nemecku pri predpokladanom 80 % podiele OZE.

A práve tento deficit podľa neho nedokážu vyriešiť obnoviteľné zdroje. „Toto nemá aký iný zdroj pokryť, len zemný plyn,“ tvrdí.

Nemecký model pre rok 2030 počíta s vyššou elektrifikáciou a spotrebou elektriny o zhruba 60 % vyššou než dnes. Ak podiel plynu vo výrobnom mixe zostane rovnaký, alebo hoci aj o niečo nižší, v absolútnom vyjadrení nemusí klesať.

„Plyn, ktorý sa bude presúvať z vykurovania, sa do veľkej miery bude vracať do výrobného mixu elektriny,“ uviedol Rajčan.

Inými slovami, elektrifikácia vykurovania môže znižovať priamu spotrebu plynu u konečných odberateľov, zároveň však môže vytvárať potrebu ďalších flexibilných elektrárenských kapacít.

Graf č.2: Bilancia výroby a spotreby elektriny v Nemecku pri 80 % podiele OZE

Slovensko je sebestačné, no chýba mu flexibilita

Odlišná situácia je podľa odborníka na Slovensku. Krajina má významný jadrový základ, a preto môže byť podľa hrubej ročnej bilancie elektriny relatívne sebestačná. To však podľa neho neznamená, že problém s flexibilitou neexistuje.

Na prezentovanom grafe porovnal minimálnu a maximálnu úroveň spotreby elektriny s výrobou jadrových elektrární. Jadrové zdroje podľa neho dobre pokrývajú základné pásmo, no v sústave zostáva približne 1 000 až 1 200 MW, ktoré treba pokryť flexibilnými zdrojmi.

Časť môže zabezpečiť voda, jej potenciál však podľa Rajčana nestačí. „Voda dokáže pokryť možno tretinu z tohto deficitu. …Na Slovensku sme sebestační, ale vďaka tomu, že máme jadro a plyn,“ myslí si.

Význam plynu pritom vidí najmä v sezónnej súvislosti. Najväčší deficit sa koncentruje do období, keď zároveň rastie potreba tepla. Plyn preto môže podľa neho prepájať výrobu elektriny a tepla.

„Ten plyn, ktorý vyrába elektrinu vtedy, keď je zároveň potreba tepla, tú sústavu drží v symbióze. Príliš nevidím spôsob, ako to môže byť inak,“ povedal.

Graf č.3: Minimálne a maximálne zaťaženie sústavy SR a potreba flexibility počas roka

Solár prináša lacnú elektrinu, ale aj nové špičky

Problém flexibility však nevzniká iba medzi letom a zimou. Je dobre viditeľný aj v rámci jediného dňa. Do elektrizačnej sústavy je podľa jeho odhadu pripojených už viac ako 1 400 MW solárnych elektrární, ak sa započítajú aj domáce inštalácie.

Keď počas slnečných hodín prudko narastie výroba z fotovoltiky, znižuje sa množstvo výkonu, ktoré musia dodávať ostatné elektrárne. Naopak, ráno a večer, keď solárna výroba klesne, potreba klasických zdrojov rýchlo rastie.

„V priebehu dňa nám vznikajú dva veľké píky, ktoré majú 1 000 MW a viac,“ približuje situáciu na slovenskom trhu s elektrinou. Podľa neho nie je možné očakávať, že ich pokryje jadro, ktoré je určené najmä na stabilnú výrobu, ani samotné batérie. „Tam potrebujeme klasický fosílny zdroj,“ povedal Rajčan.

Batérie vyriešia hodiny, nie celú zimu

Práve rozdiel medzi krátkodobým nedostatkom elektrického výkonu a dlhodobým či sezónnym deficitom elektriny je podľa experta kľúčový pri pohľade na batériové úložiská.

Ich počet rastie aj na Slovensku. Rajčan uviedol, že za posledných 12 mesiacov bolo na Slovensku nainštalovaných viac ako 100 MW batérií. V Českej republike by podľa jeho slov malo v priebehu najbližšieho roka pribudnúť približne 2 000 MW batériových systémov.

Batérie však nevníma ako náhradu plynových elektrární vo všetkých situáciách.

„Budú riešiť tú dennú flexibilitu. Nepomôžu vyriešiť zimný deficit. Ten vyrieši len plyn,“ povedal.

Plyn môže spolupracovať s batériou aj čerpadlom

Ako príklad odborník uviedol systém zásobovania teplom, v ktorom môže kombinácia technológií reagovať na aktuálne ceny elektriny a plynu.

Elektrinu možno vyrábať z plynu prostredníctvom kogeneračných jednotiek alebo paroplynových cyklov. Pri vhodných cenových podmienkach možno naopak elektrinu použiť na výrobu tepla pomocou elektrokotlov či tepelných čerpadiel.

„Elegantné riešenie je, že mám kontinuálnu dodávku tepla, ale prepínam medzi zemným plynom a tepelným čerpadlom,“ vysvetlil.

Flexibilita tak nemusí znamenať jedinú technológiu. Hodnotu môže mať práve schopnosť kombinovať viacero zdrojov a podľa situácie meniť ich využitie.

Graf č.4: Flexibilné využívanie zdrojov v teplárenstve

Dynamicky meniť výrobu pomôže informačný systém

Dynamické ceny znamenajú, že rozhodnutia o výrobe, spotrebe či akumulácii treba robiť podstatne rýchlejšie než v minulosti. Na vnútrodennom trhu sa elektrina obchoduje v 15-minútových intervaloch, čo predstavuje až 96 obchodov denne.

„V podstate musíte niekoľkokrát denne zmeniť výrobný mix, niekoľkokrát denne musíte zareagovať s tými výrobnými zariadeniami a niekoľkokrát denne musíte vstúpiť na trh s elektrinou,“ vysvetlil Rajčan.

Manuálne riadenie takéhoto systému podľa neho prestáva byť realistické. Potrebný je informačný systém, ktorý dokáže spojiť obchodovanie s fyzickým riadením zariadení.

Obchodná časť systému sleduje ceny na trhu a rozhoduje, či elektrinu nakúpiť, predať alebo obchod nevykonať. Následne odovzdáva pokyny riadiacej časti systému, ktorá podľa zobchodovaného objemu upraví prevádzku výrobných zariadení.

Bioplynky aj paroplynové cykly

Takýto systém môže podľa experta pracovať s veľmi odlišnými typmi zariadení.

Príkladom môže byť projekt agregácie desiatich bioplynových staníc, z ktorých každá mala výkon približne 1 MW. Samostatne je takýto zdroj príliš malý na efektívny vstup na niektoré časti trhu, spolu však vytvoria približne 10 MW.

Výhodou agregácie je zároveň vzájomné vyrovnávanie odchýlok. Ak jedna stanica nedokáže regulovať úplne presne, ďalšia môže časť rozdielu vykompenzovať. Ako jeden agregovaný blok potom môžu zariadenia poskytovať podporné služby.

Ďalším príkladom sú veľké paroplynové cykly. Pri nich sa podľa Rajčana využíva najmä forwardový trh a sleduje sa vzťah medzi cenou plynu a elektriny. Rozhodujúci je tzv. clean spark spread. Ak je spread dostatočný, elektrinu sa oplatí zobchodovať a následne sa postupne spresňuje obchodný diagram. Aj tu je podľa neho kľúčovou súčasťou informačný systém.

Podobný princíp sa môže uplatniť v priemyselných podnikoch, kde sa na jednom mieste nachádza kogeneračná jednotka, elektrokotol, fotovoltika, batéria a ďalšie zariadenia. Systém následne rozhoduje, ktoré z nich je v danom okamihu ekonomicky najvýhodnejšie zapojiť.

Budúce fotovoltiky budú musieť vedieť aj nevyrábať

Flexibilita sa pritom netýka iba spôsobu, ako elektrinu vyrobiť alebo uskladniť. Podľa zástupcu IT firmy bude čoraz dôležitejšie vedieť výrobu v nevhodnom okamihu aj obmedziť.

Ako príklad uviedol záporné ceny elektriny. Pri starších fotovoltických zdrojoch v režime výkupu môže byť možnosti reagovať na zápornú cenu obmedzená. Pri nových projektoch sa už preto podľa neho počíta s možnosťou riadenia výkonu.

„Každá novopostavená fotovoltika od nejakého výkonového rozsahu bude mať v sebe ten výkonový vypínač, bude mať v sebe to obmedzenie, aby nevstupovala na trh v hodinách, keď sú tam záporné ceny,“ povedal.

---

Spoločnosť IPESOFT je komunikačným partnerom Energie-portal.sk.

© PROPERTY & ENVIRONMENT s. r. o. Autorské práva sú vyhradené a vykonáva ich vydavateľ.