Vítr přichází z Německa

Celkem tři základní cíle má Evropská unie, které si stanovila v energetice. Prostřednictvím jejich naplňování chce zajistit zásadní priority týkající se ekologie, bezpečnosti a ochrany spotřebitelů. Jsou to: Bezpečnost a spolehlivost dodávky elektrické energie-odpovědnost TSO (systémový operátor přenosové soustavy), Podpora trhů a obchodu s elektrickou energií, Dosažení cíle do roku 2020 (20 % z celkové spotřeby EU bude generováno z RES, především z větru). Na první pohled jde o zcela přirozené priority, které vycházejí ze snahy řešit nejpalčivější problémy energetiky současné doby. Na druhé straně paralelní naplňování všech těchto tří cílů je v některých aspektech protichůdné. Přírůstek instalovaného výkonu v obnovitelných zdrojích bude v Evropě do budoucna realizován především prostřednictvím rozvoje větrné energetiky (VtE). Tento typ zdroje má největší potenciál ve srovnání s jinými obnovitelnými zdroji. Již dnes plánované projekty offshore parků (větrné farmy v moři) v Německu počítají s přírůstkem více než 30 000 MW instalovaného výkonu ve VtE do roku 2020. Jde o zdvojnásobení instalované kapacity větrných zdrojů v Německu. Nestabilní výroba ze zdrojů VtE způsobuje veliké potíže provozovatelům přenosových soustav při dodržování technických parametrů bezpečného a spolehlivého provozu sítí. Již dnes je i provoz přenosové soustavy ČR negativně ovlivněn přetoky elektrické energie z Německa v situacích, kdy tam výroba z těchto zdrojů dosahuje maxim instalovaného výkonu (současný stav je kolem 23 000 MW). Dalším negativním vlivem nestabilní dodávky výroby z VtE má za důsledek snižování volné obchodovatelné přenosové kapacity na přeshraničních profilech pro výrobce a obchodníky s elektřinou. Z těchto faktorů vyplývá určitá disproporce a nesoulad v naplňování všech třech hlavních cílů EU. Dosahování vyššího procenta výroby z obnovitelných zdrojů výrazně snižuje bezpečný provoz dotčených elektrizačních soustav (ES) a přispívá k významnému omezování volného obchodu s elektrickou energií mezi státy či celými regiony. Tyto problémy s přetěžováním mezistátních linek s Německem (dotčenými soustavami jsou především soustavy polského systémového operátora PSEOperátor, nizozemského systémového operátora Tennet a českého systémového operátora ČEPS) jsou již v současnosti tak významné, že kupříkladu PSE-Operátor uvažuje o instalování phaseshifters na hranicích s Německem. Jde o zařízení (transformátory), kterými lze omezovat fyzikální toky elektřiny a tím zajistit požadovanou (smluvenou) hodnotu mezistátních výměn elektrické energie. Jde o nastavení takových výměn, které více odpovídají obchodním tokům smluveným na přeshraničních profilech. Je to i jedno ze systémových řešení přetěžování vnitrostátních linek. Situace z 30. září 2008 (viz obr. č.1) nám ukazuje, jak významný byl rozdíl mezi obchodně smluvenou hodnotou toků na česko-německém vedení a fyzikálním– reálným tokem elektrické energie. Plánovaná hodnota exportu z ČR na profilu s VE-T (jeden z německých systémových operátorů) byla v dané chvíli 1125 MW. Z důvodu vysoké výroby elektřiny z větrných parků (převážně severní část Německa), která dosahovala hodnoty 4000 MW, se fyzikální toky na tomto profilu otočily. Rázem se z plánovaného exportu (1125 MW) stal import do České republiky o velikosti 850 MW. Tyto neplánované změny toků způsobily, že ČEPS byl nucen použít redispatch výroby na našich elektrárenských blocích tak, aby nepříznivou situaci zmírnil. Redispatch vnitrostátní výroby znamená omezení, popř. navýšení výroby elektrické energie na předem vybraných elektrárnách, čím se dosáhne částečné přerozdělení toků v elektrizační soustavě. Je to jeden z nástrojů systémového operátora jak stabilizovat elektrizační soustavu. Nevýhodou tohoto řešení je omezenost opatření. Při této operativní rekonfiguraci zdrojů a sítí je dosaženo omezené změny toků elektrické energie. Další nevýhodou je fakt, že náklady s použitím tohoto nástroje (povolování elektrárenských bloků navýšit, popřípadě snížit výroku elektrické energie oproti smluveným obchodním hodnotám) jsou hrazeny konečným zákazníkem daného státu v tarifech za systémové služby. ČEPS, jako provozovatel přenosové soustavy má ze zákona, jako jediný subjekt v elektroenergetice, povinnost zajistit bezpečný a spolehlivý provoz přenosové soustavy ČR (PS ČR). Jedním z nejdůležitějších parametrů bezpečnosti a spolehlivosti provozu PS je dodržování kritéria N-1. Je to stav, kdy provozovatel PS zajišťuje chod soustavy i pro případ selhání (výpadku) nejdůležitějšího prvku soustavy. Může se jednat o elektrárnu, ale tímto kritickým prvkem může také být elektrické vedení, popřípadě jiná část PS. To znamená, že i v případě selhání nejvýznamnějšího prvku v PS bude dodržena bezpečnost a spolehlivost provozu PS v povolených limitech a budou dodrženy veškeré závazky se smluvními partnery (sousední PS). Na obr. č. 2 je znázorněné, jakým způsobem přetoky elektrické energie z Německa nepříznivě ovlivnily přetěžování jednotlivých vnitrostátních vedení v ČR. V dané chvíli PS ČR nesplňovala kritérium N-1 na několika vedeních u nás a jakýkoliv výpadek těchto inkriminovaných částí PS ČR by znamenal závažné problémy. To bylo tak významné, že mohlo fatálně zhoršit kvalitu poskytovaných služeb (systémových služeb) nebo způsobit selhání části, popř. ES ČR jako celku. Prognózy integrace větrné energetiky v offshore parcích v severní části Německa potvrzují scénáře, které počítají s velice rychlým trendem zhoršování podmínek dodržování bezpečného a spolehlivého provozu ES ČR, PL, NL atd. Je na ČEPS a jeho rozhodnutí, jakým způsobem a jakými nástroji chce čelit těmto zhoršujícím se podmínkám. Phaseshifters na přeshraničních vedeních je řešením, které nepřispívá vzájemné spolupráci síťových operátorů. Nicméně je to jedno z nejelegantnějších a časově, technicky i finančně nejschůdnějších řešení problému přetěžování vedení v ČR, které je způsobené větrem z Německa. Je to řešení, které je čím dál tím reálnější v situaci, kdy němečtí systémový operátoři (VE-T a E.ON) nejsou schopni svůj problém v soustavě odpovědně řešit a ohrožují tím své partnery (okolní provozovatelé PS). Podpůrné služby Dalším problémem, který je spojen s větrnou energetikou je nutnost bilancování (regulace) nestabilní výroby elektrické energie z větru. Jedním z nástrojů pro udržení bezpečnosti a spolehlivosti, které ČEPS používá, jsou podpůrné služby (PpS). Kvalita dodávky (systémové služby tzv. SyS) jsou zajišťovány prostřednictvím PpS (rezervace výkonu na elektrárenských blocích) na základě smluv s jednotlivými dodavateli (výrobci elektrické energie). K rezervaci výkonů se používají hlavně konvenční zdroje elektrické energie. Podpůrné služby tak umožňují společnosti ČEPS regulovat energetickou bilanci elektrizační soustavy tak, aby byla v každém okamžiku výroba a spotřeba v rovnováze. Společnost ČEPS musí nakupovat PpS za tržní ceny, protože ze zákona nesmí vlastnit žádné zdroje elektrické energie (liberalizace energetického trhu oddělila výrobu, přenos a distribuci). Dispečeři společnosti ČEPS řeší prostřednictvím PpS situace, kdy se výroba nebo spotřeba liší od plánovaných hodnot. Výrobci a velcí spotřebitelé elektrické energie jsou finančně motivováni dodržovat závazné diagramy výroby a spotřeby prostřednictvím zúčtovacího systému, který penalizuje jejich případné nedodržování. Výroba elektrické energie z VtE je závislá na meteorologických a povětrnostních podmínkách a ne na přání provozovatele větrného zdroje dodržovat predikovaný diagram výroby. To způsobuje neplánované odchylky v celkové bilanci ES. Dodržení kvality systémových služeb (dodržování parametrů frekvence a dalších parametrů) a náklady spojené s jejich zajištěním, jsou jedním ze základních omezení, které předurčuje limit pro optimální velikost integrovaného výkonu VtE v elektrizační soustavě ČR. Náklady na rezervaci výkonů (PpS ) Velikost nárůstu ceny tarifů je úměrně závislá na velikosti instalovaného výkonu (PiVtE) VtE do elektrizační soustavy. V současné době je v ČR v provozu cca 140 MW ve VtE. Studie zabývající se předpokládaným vývojem velikosti PiVtE v ČR odhadují celkovou výši tohoto výkonu pro rok 2010 na hranici cca 800 MW. Předpokládaný potenciál možného využití větrné energie v ČR udává hodnotu kolem 2500 MW ve VtE do roku 2050. Ze současných analýz ČEPS vyplývá, že již integrace VtE V ČR v objemu nad 300 MW PiVtE, znamená významné navýšení potřeb PpS, převážně v záporných regulacích. Jde o regulace (rezervace výkonu na konvenčních zdrojích poskytujících PpS), kdy služba slouží pro snížení vyráběného elektrického výkonu v ES. Tím se řeší stav, kdy neplánovaná výroba z VtE generuje elektrickou energii, kterou není možné spotřebovat v soustavě. Predikce výroby elektrické energie a odpovědnost za odchylku U všech zdrojů vyrábějících elektrickou energii (výjimkou jsou právě VtE a fotovoltaické zdroje) je možné s vysokou mírou pravděpodobnosti a v dostatečném předstihu odhadovat velikost jejich produkce. V případě VtE je tato schopnost predikce omezená. Predikční modely prošly velikým vývojem a kvalita predikcí se zlepšuje, přesto jejich vypovídající hodnota je omezená. Legislativa ČR ukládá odpovědnost za odchylku všem výrobcům z konvenčních zdrojů a spotřebitelům. To znamená, že v případě nedodržení diagramů výroby, popřípadě spotřeby, je subjekt na elektroenergetickém trhu penalizován za porušení tržních pravidel. Tato finanční penalizace motivuje všechny subjekty předikovat a dodržovat svůj diagram (výroby/spotřeby). Tímto chováním významně přispívá k bezpečnosti a spolehlivosti provozu elektrizační soustavy. Legislativní podmínky neukládají provozovatelům VtE odpovědnost za tuto odchylku (rozdíl predikce a skutečná produkce elektrické energie z VtE). V současných podmínkách ČR to znamená přenesení odpovědnosti za odchylku z VtE na provozovatele soustavy, do které je VtE vyvedeno (provozovatel distribuční soustavy tzv. DSO nebo provozovatel přenosové soustavy - ČEPS). Odchylka je pak regulována prostřednictvím PpS. Jak dál Větrná energetika a její nárůst v energetickém mixu celé Evropy přináší nové příležitosti jejího využití. Je to jedna z možných cest pro snížení energetické závislosti Evropy, a to navíc pomocí ekologicky přijatelného řešení. Na druhé straně v současné době nelze proces integrace VtE koordinovat centrálně tak, aby celkový přínos tohoto přístupu byl vždy optimalizován. V procesu integrace VtE v EU je patrná disharmonie požadovaných přínosů, a některé negativní faktory integrace VtE mohou významně snížit celkový společenský přínos pro konečného zákazníka. Nejmarkantnějším slabím místem integrace VtE v EU je abnormální centralizace VtE do oblastí, kde není spotřeba. Tím pádem se zvyšují požadavky na přenesení výkonu z míst výroby do míst spotřeby. Výsledkem je dramatické zhoršení podmínek provozování PS jednotlivých států. Je celkem nereálné přizpůsobit konfiguraci celoevropských sítí tak, aby v krátké době adekvátně odpovídaly novým požadavkům po přenosech elektrické energie. Integrace VtE v ČR není tak zásadní problém pro ČEPS (alespoň ne v horizontu tří let). Zásadní problém s VtE se bude odehrávat mimo území ČR, nicméně bude mít zásadní vliv na provozování ES ČR. ČEPS je před velkým rozhodnutím, které musí udělat v co nejkratší době. Tímto rozhodnutím je, jakým způsobem bude řešit problémy, které s sebou přináší integrace VtE v severní části Německa. l Ing. Marián Belyuš sekce Strategie ČEPS provozovatel přenosové soustavy