Co když nefouká a nesvítí? Taková období netrvají dlouho
Kdy obnovitelné zdroje vyrobí nejvíce elektřiny? Pokud jste odpověděli „v létě“, odpověděli jste špatně. Větrné a solární elektrárny se svou výrobou velmi dobře doplňují. Okamžiky, kdy není slunce ani vítr, samozřejmě nastávají, ale je jich překvapivě málo.
Nejhorší počasí pro výrobu elektřiny z obnovitelných zdrojů je, když nefouká a nesvítí. Tento pojem má i své německé jméno „Dunkelflaute“, temné bezvětří.
Němci také mají v Evropě nainstalovaný největší výkon solárních a větrných elektráren. Instalovaný výkon fotovoltaických elektráren v Německu v roce 2023 tvořil 81 GW v celkem 3,7 milionu elektráren. Německé větrné elektrárny pak měly na konci roku 2023 výkon 69,5 GW, který generovalo 30 243 větrných turbín, naprostá většina z toho na pevnině. Jak to vypadá, když překryjeme dobu výroby obou zdrojů?
Takové porovnání zveřejnil energetický analytik Julien Jomaux na síti Linkedin a vypadá takto:
Porovnání výroby větrných a fotovoltaických elektráren v Německu v roce 2023. Autor: Julien Jomaux.
Řádky jsou týdny roku 2023, sloupce jednotlivé dny v týdnu. Červeně a oranžově jsou dny s nízkou výrobou, světle a tmavě zeleně dny s vysokou výrobou. Žlutá je střední výroba.
Fotovoltaika jen od jara do podzimu
Projděme si obrázek zleva doprava. První tabulka vlevo zobrazuje výrobu fotovoltaiky během roku a zcela odpovídá všeobecné představě o dostupnosti elektřiny z obnovitelných zdrojů. Fotovoltaika prakticky opustí činný výkon v říjnu a vrátí se k výrobě elektřiny až v březnu. A dle očekávání má špičku výroby během letních měsíců.
Tyto údaje potvrzují i měření z jedné domácí elektrárny, které má redakce k dispozici. Z nich je patrné, že za tři měsíce listopad, prosinec, leden vyrobí fotovoltaika méně elektřiny než za samotný únor.
Že se fotovoltaika nedostane dál než na žlutou barvu, tzn. nemá v diagramu žádná zelená políčka, je dané tím, že na rozdíl od větru nevyrábí elektřinu v noci.
Vítr: hlavní tahoun obnovitelné elektřiny
Druhý obrázek uprostřed zobrazuje vítr, a to je zcela jiná písnička. Jednak je na první pohled zřejmé, že větrné elektrárny vyrábí elektřinu mnohem častěji než fotovoltaické, tzn. mají vyšší zátěžový faktor. Vyrobí tak elektřiny mnohem více. A jednak se dá prakticky přesně říct, že kde fotovoltaika končí, tj. od října do března, tam vítr začíná. Právě na nejslabší slunečné týdny připadají nejsilnější týdny větrné. A naopak, nejslabší větrné měsíce jsou srpen a září, které se v roce 2023 potkaly se štědrou solární výrobou.
Vítr + slunce = zelená elektřina téměř po celý rok
A konečně třetí obrázek ukazuje výrobu obou zdrojů, fotovoltaiky i větrných elektráren, během roku 2023. Na nich je v první řadě vidět naprosté minimum červených nebo tmavě oranžových poliček, tedy dní, kdy opravdu nefouká nebo nesvítí.
Dunkelflaute tak z 365 dní trvalo přibližně 20 dní, které navíc jen ve dvou případech byly koncentrované do jednoho období, 4. a 48. týden. Jedná se o data z jednoho roku, do budoucna se ale budou tyto hodnoty spíše zlepšovat s tím, jak poroste instalovaný výkon obnovitelných zdrojů. Jinak řečeno, i když bude výkon daného zdroje jen třeba deset procent, je-li instalovaný výkon v desítkách gigawattů, i těch deset procent budou jednotky gigawattů.
V praxi bychom objevili červených políček mnohem více, kdybychom diagram rozebrali na hodiny. Pak by nám spoustu políček dunkelflaute vyskákalo například během nocí, kdy nefouká. Na druhou stranu na tyto hodiny pravidelně připadá nejnižší spotřeba z celého dne a lze si představit, že půjdou překlenout krátkodobou akumulací. Červená políčka v zimě budou mnohem náročnější a budou vyžadovat spuštění všech dostupných záložních zdrojů.
V druhé řadě je zajímavá nejnižší výroba větrných elektráren o nedělích, kde lze předpokládat cílené omezování dodávek z větrných elektráren do sítě v době nízké poptávky. U fotovoltaiky k tomuto krácení dochází v mnohem menší míře, která v diagramu není zachycena.
Kolik to pokryje spotřeby?
Barevná políčka jsou jedna věc, pokrytí skutečné spotřeby věc druhá. Ohledně denní spotřeby si uděláme hrubý odhad. Německo spotřebuje ročně přibližně 500 terawatthodin elektřiny. Pokud tuto spotřebu podělíme 365, vyjde nám průměrná denní spotřeba elektřiny v Německu okolo 1 400 gigawatthodin. V zimě to bude více, v létě méně.
Porovnáme-li toto číslo s údaji v tabulce, zjistíme, že v roce 2023 by německé obnovitelné zdroje samy o sobě nepokryly německou denní spotřebu téměř nikdy. V létě, kdy je nejnižší spotřeba, je taky nižší výroba. OZE jsou ale běžně schopné se dostat na polovinu denní spotřeby, což zhruba odpovídá i ročnímu pokrytí. Krátkodobě zvládnou i více, příkladem byly vánoční svátky 2023, kdy nízkou německou spotřebu po několik dní poháněl z 80 % vítr.
Je ale třeba mít vědomí, že spotřeba elektřiny do budoucna poroste.
Co si z grafu odnést?
Za prvé, že období, kdy vůbec nefouká a nesvítí, jsou překvapivě krátká. Tyto závěry se shodují s ostatními provedenými studiemi na stejné téma, i s byznysplány některých firem. Jinak řečeno, bavíme-li se o období, kdy nefouká a nesvítí, bavíme se o méně než pěti týdnech v celém roce. Vzpomeňte si na to, až uslyšíte spojení „občasné zdroje energie“.
Za druhé, fosilní zálohy i kapacity dlouhodobé akumulace budou potřeba mnohem menší, než se nyní předpokládá. K záloze v podobě tepelných elektráren se přidá i krátkodobá akumulace, která by měla významně přispět k vyrovnání mezi dnem a nocí. Další možnost představuje dovoz elektřiny z okolních států, kde se pravděpodobně bude počasí i spotřeba lišit. Diagram z tohoto článku, kde si OZE vedou velmi slušně, je pouze pro Německo.
Za třetí, máme-li zhruba stejný instalovaný výkon ve fotovoltaice i ve větru, z pohledu výroby obnovitelné elektřiny je bohatší zima než léto. Nejvydatnější měsíce jsou v tomto ohledu prosinec a leden.
Za čtvrté, větrné elektrárny jsou mnohem vydatnější zdroj zelené elektřiny než fotovoltaika a nejvíc elektřiny vyrábí v zimě, kdy je jí nejvíc potřeba. Pokud chceme rozvíjet obnovitelnou energetiku, měli bychom se zaměřit na stavbu zejména větrných elektráren.
Za páté, je potřeba další rozvoj služeb flexibility, aby ke krácení levné a bezemisní výroby obnovitelných zdrojů docházelo co nejméně.
