Jak levněji integrovat OZE do sítě? Jedním z řešení je sdílené připojení
Sdílené připojení, tzv. cable pooling, představuje možnou cestu, jak snížit náklady na rozvoj elektrizační soustavy ve spojitosti s výstavbou a připojováním nových obnovitelných zdrojů energie.
Domácí elektrizační soustava bude do budoucna čelit novým výzvám. Na straně spotřeby je očekávána zvýšená poptávka s ohledem na elektrifikaci sektorů dopravy, průmyslu, vytápění nebo chlazení. Celková spotřeba tak z loňských necelých 60 TWh může do roku 2050 vystoupat až k hodnotám kolem 100 TWh. To by představovalo nárůst spotřeby o více než dvě třetiny.
Na straně výroby bude nutné vyřešit nejen integraci nových jaderných, ale především obnovitelných zdrojů energie (OZE) jako jsou fotovoltaické (FVE) a větrné elektrárny (VTE). Podle schváleného Vnitrostátní plánu České republiky v oblasti energetiky a klimatu se do roku 2030 počítá s instalovaným výkonem FVE na úrovni 10,1 GW (na konci loňského roku to byly necelé 4 GW). U VTE je očekáván nárůst instalovaného výkonu na 1,5 GW (vloni to bylo pouze 0,36 GW).
V souvislosti s výstavbou nových bloků v Dukovanech bude zapotřebí rozšíření stávajících rozvoden, rekonstrukce vybraných vedení a výstavba stovek stožárů velmi vysokého napětí pro vedení nová. Těžiště nákladů na připojení nových zdrojů půjde i tak na vrub OZE, zejména s ohledem na jejich vyšší instalovaný výkon. Zdroj: Wikimedia
Kromě připojování nových zdrojů a celkového posílení sítě se řeší také rozvoj přeshraničního propojení a rekonstrukce stávajících vedení. Tato opatření vyžadují i odpovídající financování. Jen na letošní rok jsou předpokládány investice ve výši 30 mld. korun. Do roku 2035 si potom modernizace elektrizační soustavy vyžádá téměř půl bilionu korun. Tyto náklady se následně promítají do regulované složky ceny elektřiny pro koncové spotřebitele.
Sdílené připojení jako cesta k omezení síťových nákladů
Jedním ze způsobů jak snížit náklady na integraci nových OZE do soustavy je sdílené připojení. Jeho podstatou je připojení více různých OZE s odlišným výkonovým profilem v rámci jednoho připojovacího bodu. Tyto zdroje jsou kombinovány tak, aby se jejich výroba v čase vzájemně doplňovala.
Vhodnou kombinací OZE doplněnou o systémy ukládání energie lze zvýšit využití vedení propojujícího nové zdroje s elektrizační soustavou. Zdroj: Frank Bold
Pro ilustraci – FVE dosahují v našich podmínkách průměrného ročního koeficientu využití kolem 10 procent. Vedení, které slouží k propojení nově postavených elektráren s elektrizační soustavou, je přitom dimenzováno na jejich maximální výkon. Po většinu roku tak zůstává využito pouze na malý zlomek své kapacity. Pokud je to stejné vedení kromě FVE použito současně i k vyvedení výkonu např. VTE, vzroste jeho využití i několikanásobně.
Příklad ročního průběhu výroby kombinace solárních a větrných elektráren v Nizozemsku (zelená), kdy poměr instalovaného výkonu VTE (modrá) vůči FVE (žlutá) je v tomto případě 0,6:1. Zdroj: ScienceDirect
Pro lepší prediktabilitu a omezení nevyužité výroby v časech nízké poptávky nebo souběhu výroby jednotlivých zdrojů nad přidělenou kapacitu lze tyto zdroje dále doplnit o systémy ukládání energie.
Cílem sdíleného připojení jsou stabilnější dodávky elektřiny z OZE a lepší využití síťové kapacity v porovnání se stavem, kdy je každý ze zdrojů připojen do sítě zvlášť. To následně snižuje také investiční náklady na rozvoj elektrizační soustavy.
Z pohledu státu se přitom jedná o relativně nekomplikované opatření organizačního charakteru, spočívající především v úpravě příslušné legislativy a případném nastavení podpory výstavby nových zdrojů.
Sdílené připojení v okolních zemích
Například v sousedním Polsku je sdílené připojení umožněno úpravou tamějšího energetického zákona od října 2023. Ten nově pracuje s tzv. hybridními instalacemi OZE tvořenými kombinací více zdrojů, z nichž žádný nemá instalovaný výkon vyšší než 80 procent výkonu celkového, doplněných o energetické úložiště. To musí být podle zákona dimenzováno tak, aby bylo v průběhu roku schopno uložit a následně dodat do sítě nejméně 5 procent celkové roční výroby hybridní instalace.
Příkladem takové instalace může být hybridní elektrárna Gaj Oławski 5. Ta je dnes tvořena kombinací větrných turbín o celkovém výkonu 21 MW a agrovoltaickou elektrárnou o výkonu 10 MW. Tyto zdroje jsou doplněny o bateriové úložiště (6 MW/12 MWh), elektrolyzér (5 MW) a plynovou/vodíkovou trigeneraci (tepelný výkon 1,25 MW; chladící výkon 0,85 MW; elektrický výkon 1 MW).
Elektrárna svojí výrobou primárně zásobuje přilehlou výrobní linku na plastové výrobky pro zdravotnictví. Flexibilita, umožněná systémy skladování energie, dovoluje efektivní obchodování přebytků výroby na mezidenním trhu s elektřinou.
Pohled na hybridní elektrárnu Gaj Oławski 5 a výrobní prostory společnosti Promet-plast. Zdroj: Polský Energetický regulační úřad
Podle analýzy polského think-tanku Forum Energii má sdílené připojení podobných instalací umožnit dodatečné připojení 25 GW instalovaného výkonu OZE, aniž by došlo k navýšení nákladů na rozvoj elektrizační soustavy. To představuje úsporu nákladů ve výši 40 miliard zlotých (v přepočtu přibližně 230 miliard korun).
Sdílené připojení kromě Polska funguje už delší dobu také ve Španělsku, Francii, Belgii, Nizozemsku nebo Dánsku. Od letošního roku je možné tímto způsobem připojovat OZE i v sousedním Německu.
Nejen vítr, ale i voda...
V praxi lze kombinovat nejen vítr a fotovoltaiku, ale i jiné zdroje, včetně vodních elektráren. Touto problematikou se zabývala například loňská studie zaměřená na potenciál doplnění polských průtočných vodních elektráren o FVE bez navýšení stávající kapacity připojení.
Z jejích závěrů vyplývá, že výroba z fotovoltaiky dokáže výrazně snížit výpadky v produkci vodních elektráren v době nízkého průtoku. Při instalovaném výkonu v poměru 1:1 přitom dosahuje střední hodnota omezení výroby z fotovoltaiky pouze necelých 11 procent.
Jiná práce se zase zabývala možností doplnění plovoucí FVE na hladinu horní nádrže švýcarské přečerpávací vodní elektrárny Etzelwerk. Podle jejích výsledků by pokrytí 10 procent plochy horní nádrže zvýšilo roční produkci elektrárny o 20 procent, opět bez nutnosti navýšení kapacity připojení.
Benefitem by v tomto případě byl vyšší průtok vody v průběhu horkých letních měsíců, což by se příznivě odráželo na stavu ekosystému po proudu řeky Sihl, do které je voda z elektrárny vypouštěna.
Podobné hybridní instalace dnes vznikají po celém světě. Příkladem z Evropy mohou být albánské elektrárny Banjë a Vau i Dejës. V prvním případě doplňuje trojici Francisových turbín plovoucí FVE o výkonu 2 MW umístěná na čtveřici plováků kruhového půdorysu. Ve druhém případě je FVE o výkonu 5 MW umístěna přímo na tělese hráze elektrárny.
…nebo bioplyn
Kromě výše zmíněných možností se nabízí i kombinace fotovoltaiky a bioplynových stanic (BPS). Ty představují flexibilní a řiditelný zdroj, byť tento jejich potenciál u nás dnes prakticky není využíván a stávající jednotky pracují převážně v režimu základního zatížení.
BPS lze využít jako flexibilní doplňek intermitentních OZE. Na obrázku fermentor BPS na statku v obci Horstedt v Dolním Sasku. Zdroj: Wikimedia
Doplnění BPS o FVE umožňuje nejen jejich efektivnější provoz díky krytí velké části vlastní technologické spotřeby, ale i synergický efekt v průběhu letních měsíců, kdy přes den může být do sítě dodávána produkce fotovoltaiky, na kterou může plynule navázat výroba BPS. Tato kombinace může současně přispět k omezení efektu tzv. „Hitzenflaute“ („horké bezvětří“), což je jev nastávající při souběhu vysoké spotřeby v důsledku používání klimatizací a snížené výroby z FVE ve večerních hodinách.
Sdílené připojení může v případě BPS a FVE odstranit také stávající síťové limity pro připojení nové solární kapacity např. v podobě agrovoltaických instalací.
Domácí potenciál
Podle dostupných informací je sdílené připojení u nás sice teoreticky možné, ale provozovatelé sítě tuto možnost žadatelům o připojení OZE aktivně nenabízejí a nemají pro ni ani jasně nastavené interní procesy.
Připojení je navíc možné sdílet pouze v případě, že smlouvu uzavírá stejný subjekt, jehož zdroj už k síti připojený je. Možnost sdíleného připojení více subjektů, tak jako například v Polsku, u nás podle stávající legislativy není možná.
Doporučení jak toto opatření zavést do praxe shrnuje společně s dalšími návrhy nedávná studie vypracovaná expertní skupinou Frank Bold. Podle jejího odhadu je tímto způsobem u nás možné uvolnit kapacitu pro cca 2 GW instalovaného výkonu OZE.
Potenciál sdíleného připojení u nás ovlivňuje nejen legislativní rámec, ale také možnost kombinovat jednotlivé OZE.
Například polské zdroje uvádějí jako optimální poměr 0,5–1 MW instalovaného výkonu FVE na každou MW výkonu VTE. Pokud budeme předpokládat, že u nás bude tento poměr podobný, pak při zohlednění očekávaného tempa rozvoje VTE bude tímto způsobem možné integrovat pouze omezený výkon FVE. Nehledě na to, že ne každá instalace může fungovat v tomto režimu pro jiná omezení. To stejné potom bude platit i pro vodní elektrárny a BPS.
V případě kombinace VTE a FVE v rámci jedné lokace je současně nutné počítat s určitým deratingem vlivem dodatečného zastínění solárních panelů. Stejně tak při kombinaci BPS a FVE je zapotřebí zohlednit možný vliv výfukových plynů a fermentačních výparů na údržbu a životnost panelů.
Podle odhadu EGÚ Brno je díky sdílenému připojení možné navýšit připojitelný výkon OZE o ¼ v horizontu roku 2030. To se na první pohled nemusí zdát jako velká hodnota, na druhou stranu v domácím kontextu to stále představuje desítky miliard korun, které lze tímto způsobem ušetřit na rozvoji elektrizační soustavy, a v důsledku i regulovaných platbách za elektřinu. Proto by bylo žádoucí, aby byly co nejdříve podniknuty příslušné kroky s využitím zkušeností ze zemí, kde je tento systém již zaveden.