Norsko vlajka

Norsko jako baterie Evropy? – 2. část

Pokračování předchozího článku je zaměřeno na modelovou ukázku, zdali je možné využít norské akumulační vodní zdroje k vykrývání nestabilní produkce z OZE. Díky propojení skrze podmořské kabely může Norsko importovat levné přebytky energie ze zemí kontinentální Evropy (a Spojeného království) a naopak exportovat energii ve chvílích, kdy je energie v EU nedostatek. Propojení tak vytváří vhodné podmínky pro technickou stabilizaci soustavy, stejně jako i možnost maximalizovat ekonomickou efektivitu.

Jak již bylo zmíněno v předchozí části článku, naprostá většina norských vodních elektráren je zbudována jako akumulační a nenabízí tudíž takové možnosti uskladnění energie jako například přečerpávací vodní elektrárny. Systém je tím pádem omezen například nutností udržovat požadované průtoky na jednotlivých nádržích, maximální a minimální možnou úrovní hladiny v nádržích a rovněž i okamžitou spotřebou Norska.

Předpoklady modelu

Model zanedbává z důvodu zjednodušení celou řadu vlivů a zjednodušeně předpokládá, že je Norsko opravdovou „baterií“, kterou je možné libovolně nabíjet/vybíjet výkonem až 5,9 GW. V období vysoké výroby energie z OZE je podmořskými kabely do Norska importována energie z Dánska, Německa, Nizozemska a Velké Británie (zkráceně DGNU) a exportována nazpět do DGNU během období nízké výroby OZE v těchto zemích.

Výpočet probíhá v hodinových intervalech a změny toku energie jsou možné rovněž hodinově. Model předpokládá, že je vždy k dispozici dostatek výkonu pro export z Norska. Toky energie jsou směřovány tak, aby ve výsledku tvořily co možná nejstabilnější výrobu na úrovni základního zatížení (baseload). Kromě toků energie podmořskými kabely se veškeré další přeshraniční toky zanedbávají a neuvažuje se ani spotřeba Norska, nebo ztráty vzniklé přenosem. Pro optimální využití podmořských kabelů by musela být známa přesná predikce výroby, která ovšem nikdy není dokonalá. Nepočítá se s možností různých problémových stavů sítě v jednotlivých zemích, ani s okamžitým stavem spotřeby a výroby jednotlivých zemí. DGNU a Norsko se tak vnímají jen jako určité „blackboxy“, které jsou v každém okamžiku schopny dodávat/odebírat požadovaný výkon.

Model optimalizující produkci VTE z DGNU

Autor se modelem snaží popsat, zdali by „Norská baterie“ byla dostatečná pro vykrývání špiček výroby energie z VTE. Sestavený algoritmus simuluje, jak by v praxi mohl vypadat tok energie. Algoritmus byl použit na hodinové hodnoty výroby z VTE v DGNU roku 2013 (viz obrázek 1). Je patrné, že výkonové špičky násobně přesahují úroveň 5,9 GW, kterou nabízí podmořské kabely.

Obr 1: Suma hodinových hodnot výroby VTE z Dánska, Německa, Nizozemska a Velké Británie, 2013. Zdroj vstupních dat: PF Bach

Obr 1: Suma hodinových hodnot výroby VTE z Dánska, Německa, Nizozemska a Velké Británie, 2013. Zdroj vstupních dat: PF Bach

 

Maxima špiček o velikosti nejvíce 5,9 GW z předchozího grafu jsou znázorněna v obrázku 2. Tyto přebytky energie (špičky) je možné přenést podmořskými kabely do Norska. Z celkové roční produkce VTE v DGNU jde o 34 %. Zbývající množství o velikosti 66 % výroby je pak zobrazeno na obrázku 3. Součet hodnot z grafů na obrázku 2 a 3 dává dohromady graf na obr 1.

Obr 2: Výkonové špičky produkce VTE z DGNU v roce 2013, které je možné přenést do Norska.

Obr 2: Výkonové špičky produkce VTE z DGNU v roce 2013, které je možné přenést do Norska.

Obr 3: Zbývající produkce VTE po odstranění špiček o velikosti maximálně 5,9 GW. Tato energie „zůstane“ v DGNU.

Obr 3: Zbývající produkce VTE po odstranění špiček o velikosti maximálně 5,9 GW. Tato energie „zůstane“ v DGNU.

Naopak z Norska do DGNU je možné vykrývat období, která znázorňuje obrázek 4. Tím dochází (modelově) na straně DGNU k vytvoření stabilního základního zatížení (baseload) ve výši 7,9 GW po 95 % času během roku (obrázek 5).

Obr 4: Energie přenesená z Norska do oblasti DGNU.

Obr 4: Energie přenesená z Norska do oblasti DGNU.

Jak je patrné z obrázku 5, původní silně proměnnou výrobu z VTE na straně DGNU je možné po většinu času (95 %) modelově převést na úroveň základního zatížení o velikosti 7,9 GW. Díky propojení s Norskem a využití akumulační schopnosti norské vodní energie je tak možné teoreticky (!) vytvořit poměrně stabilní zatížení, kde špičky přesahující 7,9 GW tvoří pouze 15 % celkové energie. Využití podmořských kabelů je v tomto modelu na úrovni 62 %.

Obr 5: Konečný výsledek vyvážení větrné produkce na straně DGNU.

Obr 5: Konečný výsledek vyvážení větrné produkce na straně DGNU.

Model optimalizující produkci VTE a FVE z Německa

Předchozí model je problematický, neboť se na celou soustavu států dívá jako na dokonale propojenou oblast (copper plate) a nebere v úvahu rozdíly v instalovaném výkonu OZE v jednotlivých zemích. Teoreticky tak model počítá i se situacemi, kdy například energie vyráběná v Dánsku „teče“ do Norska podmořským kabelem propojujícím Norsko a Velkou Británii, což je fyzikálně nereálné. Určitým zpřesněním předchozího modelu je zaměření se pouze na jednu ze zemí DGNU.

Autor se v tomto případě zaměřil pouze na Německo a do výpočtů využil data z výroby VTE i FVE. Model využívá stejný algoritmus a výpočet byl proveden s daty z roku 2013. Podmořským kabelem (Nordlink) je možné přenášet maximálně 1,4 GW. Na obrázku 6 jsou vyobrazeny hodinové výroby německých VTE a FVE. Obrázek 7 je pak konečným výstupem modelu. Výsledek je téměř nerozeznatelný oproti vstupním datům. Je proto jasné, že na vykrývání špiček výroby německých OZE je propojení ve výši 1,4 GW naprosto nedostatečné .

Obr 6: Vstupní data. Zdroj vstupních dat: PF Bach

Obr 6: Vstupní data. Zdroj vstupních dat: PF Bach

Obr 7: Výsledek modelového výpočtu.

Obr 7: Výsledek modelového výpočtu.

Obrázek 8 poté zobrazuje, jaký by byl výsledek, pokud by mezi Německem a Norskem došlo ke zpětinásobení propojovací kapacity (tedy na 7 GW). Výstupem by v takovém případě byl teoretický baseload na úrovni 7,7 GW. Špičky překračující základní hodnotu by tvořily 12 % energie a využitelnost propojení by dosahovala 62 %. Překážek pro navyšování propojovací kapacity je ovšem celá řada. Jde nejen o vysokou cenu (především investiční výdaje), ale rovněž i maximální kapacita vodních nádrží není nekonečná a stejně tak i spotřeba Norska.

Obr 8: Výsledek modelového výpočtu při zpětinásobení přenosové kapacity.

Obr 8: Výsledek modelového výpočtu při zpětinásobení přenosové kapacity.

Zhodnocení – bude Norsko baterií Evropy?

Model je ukázkou snahy o vytvoření stabilního zatížení z proměnné výroby OZE na základě historických dat. Jde o ukázku, jak může více typů OZE v různých zemích vzájemně spolupracovat, a napomáhat tak ke stabilizaci výroby. Model je ovšem silně zjednodušen a v algoritmu byla zanedbána celá řada důležitých oblastí, které by se v reálné praxi ukázaly jako významný problém. Model byl vytvořen z dat roku 2013, do současnosti ovšem narostla velikost instalovaného výkonu v OZE ve všech zmiňovaných zemích, kdežto podmořské kabely zatím nejsou v plné míře k dispozici.

Do budoucna je skladování proměnné výroby z OZE jednou z největších výzev energetiky. Jako možná řešení se kromě jiného nabízí například systémy baterií, Power2Gas, Power2Heat, nové PVE a jejich alternativy (například vzduchové kapsy, vlaky), a další. Jak ovšem ukazuje i výše představený model, norské vodní elektrárny s největší pravděpodobností hlavním tahounem evropské akumulace nebudou.

Autor:



Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *