Často lze sledovat diskuze na téma, zda ten nebo onen energetický zdroj nebo mix zdrojů je schopen zajistit energetické potřeby. Málo se však objevují studie nebo alespoň pokusy spočítat, jak by si tyto zdroje poradily v konkrétní situaci, respektive s podmínkami konkrétního roku. Vysloví-li někdo námitku, že zdroje závislé na počasí – větrné a solární elektrárny, jsou nespolehlivým zdrojem, je ujištěn, že pokud nesvítí slunce nebo nefouká vítr u nás, můžeme elektřinu přivézt z okolních států nebo přebytky uložit. Podívejme se na realitu.

Následující vstupní data jsou převzata ze stránek ČEPS – data z ČR a Agora Energiewende data z Německa.Na grafech 1, a 2 je relativní výkon (v %) českých (žluté hroty) a německých (modrá křivka) solárních elektráren v lednu (graf 1) a srpnu (graf 2) 2016. Není žádným překvapením, že solární elektrárny fungují i na poměrně velkém území jako jediná neregulovatelná elektrárna. Pravda, solární elektrárnu lze při přebytku jednoduše vypnout, ale nijak to nepomůže v době, kdy Slunce zapadne. Pokud vypneme uhelnou či plynovou elektrárnu, ušetříme palivo „na potom“. U solárních a větrných, nemá vypnutí při přebytku žádný vliv na další provoz. Společně s Německem a ostatními sousedy jsme ve stejném časovém pásmu a průběh výkonu se nebude lišit více než o několik minut až desítek minut.

Graf 1 Relativní výkon (v %) českých a německých solárních elektráren v lednu
Graf 1 Relativní výkon (v %) českých a německých solárních elektráren v lednu
Graf 2 Relativní výkon (v %) českých a německých solárních elektráren v srpnu
Graf 2 Relativní výkon (v %) českých a německých solárních elektráren v srpnu

Srovnání relativního výkonu českých (modré pole) a německých (růžová křivka) větrných elektráren (VE) v lednu a srpnu 2016 je na grafech 3 (leden) a 4 (srpen). Vidíme, že i větrné elektrárny vykazují značnou synchronizaci výkonu. Je to dobře vidět například v období 15. – 20. 8., kdy v obou státech dodávaly VE méně než 10 % výkonu. Podobná situace byla i 5. – 7. ledna. Naopak v závěru ledna bylo velmi větrné počasí v obou státech. Epizody, kdy ve stejném období poskytovaly VE v ČR i v Německu podobný relativní výkon se opakovaly v průběhu celého roku.

Graf 3 Relativní výkon (v %) českých a německých větrných elektráren v lednu
Graf 3 Relativní výkon (v %) českých a německých větrných elektráren v lednu
Graf 4 Relativní výkon (v %) českých a německých větrných elektráren v srpnu
Graf 4 Relativní výkon (v %) českých a německých větrných elektráren v srpnu

Tento efekt má dva základní dopady, které spolu navíc souvisí. Pokud by měly sousední státy vysoký podíl zdrojů závislých na počasí (vítr a slunce) nemohou se spoléhat na to, že v případě nedostatku dovezeme od sousedů. Neboli: při nedostatku energie bude postiženo území velké části Evropy a i kdyby se nám podařilo elektřinu dovézt, bude velmi drahá, protože máme velkého souseda s velkou spotřebou energie – Německo. Bude-li však silně foukat a ještě bude jasné počasí, budou přebytky nejen u nás, ale i u sousedů. Pokud by se nám podařilo elektřinu vyvézt, bude velmi levná a dostaneme za ni leda zlámanou grešli.

Pro ilustraci uvádím kumulovaný graf relativního výkonu českých solárních a větrných elektráren, doplněný o křivku výkonu německých větrných elektráren.

Graf 5 Relativní kumulovaný výkon (v %) českýchvětrných a solárních elektráren v lednu, doplněný o křivku relativního výkonu německých větrných elektráren. Už tato jednoduchá srovnání leccos napovídají.
Graf 5 Relativní kumulovaný výkon (v %) českých větrných a solárních elektráren v lednu, doplněný o křivku relativního výkonu německých větrných elektráren.
Už tato jednoduchá srovnání leccos napovídají.

Analýza

Pokusil jsem se srovnat některé kombinace zdrojů v jejich schopnosti pokryt spotřebu ČR během celého roku na základě reálných dat.

K výpočtu byl použit jednoduchý automatický dispečer „Theodor“, vytvořený v aplikaci Excel.

Dispečer má k dispozici data o spotřebě elektřiny v ČR v období 1. 1. 2016 – 31. 10. 2017. Zároveň disponuje daty o relativním výkonu větrných a solárních elektráren za stejné období. Data jsou kumulována v hodinových intervalech za celé období.

Dispečer podle potřeby postupně připojuje jednotlivé typy zdrojů v pořadí: jaderné – biomasa – uhelné – vodní – vybíjení akumulačních zdrojů (jsou-li k dispozici) – plynové – (dovoz) tak, aby byla zajištěna aktuální potřeba. Solární a větrné elektrárny nejsou regulovány a dodávají elektřinu podle aktuální denní (roční) doby a aktuálních meteorologických podmínek. Ostatní zdroje pak dodají zbytek. Dispečer nepředvídá. Snaží se jen využít dostupné zdroje k zajištění potřeby v daném okamžiku. Na základě využití daných zdrojů během roku, spočítá celkovou produkci jednotlivých zdrojů za rok, využití zdroje v % a emise CO2. Dále celkovou produkci elektřiny i velikost vývozu a dovozu.

První ukázka představuje zadání aktuálního mixu, který posloužil k ověření funkcí.

Tabulka 1 Současný energetický mix
Tabulka 1 Současný energetický mix

Zelené buňky jsou určeny k zadání a modré představují vypočítané hodnoty.

Výpočet se u jednotlivých zdrojů při srovnání s „Roční zprávou o provozu ES ČR“ liší u jednotlivých položek v rozsahu jednotek procent. Výjimkou jsou akumulační elektrárny, jejichž využití model počítá jen omezeně a dává přednost regulaci.

Dalším výstupem jsou grafy, zobrazující průběh roku. V tomto případě bylo využito zásahu „živého“ dispečera, který v nočních hodinách spustil „nabíjení“ akumulačních (přečerpávacích) elektráren a během dne tyto elektrárny dodávaly energii do sítě.

Graf 6 Produkcejednotlivých zdrojů aktuálního mixu pro zajištění spotřeby v období 2. 8. 2016 až 1. 9. 2016
Graf 6 Produkce jednotlivých zdrojů aktuálního mixu pro zajištění spotřeby v období 2. 8. 2016 až 1. 9. 2016
Graf 7 Detailní zobrazení jediného dne 2. 8. 2016.
Graf 7 Detailní zobrazení jediného dne 2. 8. 2016.

Následující zadání představuje stejné období, ovšem mix odpovídá pokročilému scénáři Energetické revoluce (ER pro ČR) zde od organizace Greenpeace pro rok 2050. Čistý dovoz je přibližně 11,7 TWh.

Tabulka 2 Energetický mix odpovídající ER pro ČR pro rok 2050
Tabulka 2 Energetický mix odpovídající ER pro ČR pro rok 2050

Z výpočtu mimo jiné vyplývá, že bychom potřebovali přes 17 miliónů tun biomasy pěstované na ploše více než 1,7 miliónů ha při výnosech 10 tun suché hmoty z ha. Představuje to téměř polovinu veškeré zemědělské půdy.Dalším problémem je nestabilita dodávek. V srpnu by při slabém větru a zejména v nočních hodinách chybělo až kolem 3 GW výkonu. Akumulace řeší problém jen málo, protože přebytky jsou nedostatečné. Dobře to je vidět na jednodenním grafu z neděle 7. 8. V době od 7 do 16 hodin je pokryta nejen spotřeba, ale je možné i nabíjet akumulační elektrárny. Ovšem nabití zajistilo dodávky pouze od 16 do 20 hodin. Jak je vidět, i v srpnu by mix navrhovaný ER pokryl naši spotřebu jen výjimečně.  Výše zmíněný deficit 3 GW musí někdo v zahraničí vyrobit a k nám dovézt. Kapacita elektráren vývozce musí být tak velká, aby zajistila jeho vlastní spotřebu a zároveň spotřebu naši.

Graf 8 Produkcejednotlivých zdrojů mixu odpovídajícího ER pro ČR pro rok 2050 v období 2. 8. 2016 až 1. 9. 2016
Graf 8 Produkce jednotlivých zdrojů mixu odpovídajícího ER pro ČR pro rok 2050 v období 2. 8. 2016 až 1. 9. 2016
Graf 9 Detailní zobrazení jediného dne 7. 8. dle mixu ER pro ČR.
Graf 9 Detailní zobrazení jediného dne 7. 8. dle mixu ER pro ČR.

Ještě výraznější to je v lednu. Více než ¼ doby bude deficit 3 – 4 GW. Shodou okolností jde o stejné období, kdy je výkon Německých větrných elektráren pod 25 % instalovaného výkonu. Dovoluji si pochybovat, že někde v Evropě budou elektrárny, které pro nás zajistí v lednu 3 – 4 GW.

Graf 10 Produkcejednotlivých zdrojů mixu odpovídajícího ER pro ČR pro rok 2050 v období 2. 1. 2016 až 1. 2. 2016
Graf 10 Produkce jednotlivých zdrojů mixu odpovídajícího ER pro ČR pro rok 2050 v období 2. 1. 2016 až 1. 2. 2016

Maximální využití OZE

Následující fiktivní příklad ukazuje situaci, kdy bychom mix postavili velkoryse na obnovitelných zdrojích a stejně velkoryse vybudovali akumulační úložiště. (Bez ohledu na způsob ukládání).

Instalovaný výkon solárních elektráren by byl 17 GW – tj. asi 2 x více, než navrhuje ER (8,7 GW) a více než 8 x více než je současný stav. Výkon větrných elektráren pak 12 GW – tj. dvojnásobek návrhu ER (5,8 GW) a cca 40 x více než je nynější výkon VE. Představuje to 2400 větrníků o výkonu 5 MW. Akumulátory (bez ohledu na technologii) by měly celkový výkon 12 GW a kapacitu 72 GWh.  Pro představu: Naše největší přečerpávací elektrárna Dlouhé Stráně, je schopna dodávat 0,65 GW, po dobu cca 6 hodin. Její kapacita je tedy cca 3,9 GWh. 12 GW představuje více než 18 x PVE Dlouhé Stráně.

I takto velkoryse navržený mix vyžaduje čistý dovoz téměř 3 TWh ročně. Zdá se to málo, ale důležité jsou chvíle, kdy je dovoz potřebný.

Tabulka 3 Energetický mix maximálního nasazení OZE
Tabulka 3 Energetický mix maximálního nasazení OZE

Bílá plocha mezi čárkovanou křivkou, představující spotřebu, a barevnými částmi grafu, což je výkon jednotlivých zdrojů, je deficit vyžadující dovoz.

Graf 11 Produkcejednotlivých zdrojů mixu maximálního nasazení OZE v období 2. 8. až 1. 9.
Graf 11 Produkce jednotlivých zdrojů mixu maximálního nasazení OZE v období 2. 8. až 1. 9.

Podíváme-li se na detail jediného dne 18. 8., vidíme, že v době mezi 8. a 17. hodinou je přebytek, dosahující v maximu přes 5 GW. Přebytek je využit k uložení do akumulátorů. Ovšem uložená zásoba je zcela vyčerpaná už kolem půlnoci a až do dopoledne dalšího dne musíme energii dovážet.

Graf 12 Detailní zobrazení jediného dne 18. 8. dle mixu maximálního nasazení OZE.
Graf 12 Detailní zobrazení jediného dne 18. 8. dle mixu maximálního nasazení OZE.

Leden představuje výrazně proměnlivější období. Zatímco 4. až 7. ledna je deficit až 4 GW, v závěru ledna nastává větrné období trvající až do 12. února, kdy jsou přebytky tak velké, že jsou schopny zcela nabít akumulační zdroje.

Graf 13 Produkcejednotlivých zdrojů mixu maximálního nasazení OZE v období 2. 1. až 1. 2.
Graf 13 Produkce jednotlivých zdrojů mixu maximálního nasazení OZE v období 2. 1. až 1. 2.

Jak ukazuje následující graf, nastalé bezvětří 12. 2. způsobí, že je kapacita akumulátorů vyčerpaná během dvou dnů.

Graf 14 Produkcejednotlivých zdrojů mixu maximálního nasazení OZE v období 25. 1. až 24. 2.
Graf 14 Produkce jednotlivých zdrojů mixu maximálního nasazení OZE v období 25. 1. až 24. 2.

Tento příspěvek je mimo jiné i reakcí na článek pana Smrže zveřejněném na Oslu 12. 2. 2019 ZDE .

Uvádí tam, že je možné předpovídat sluneční výkon až na 10 dnů dopředu. Ve světle výše uvedené analýzy je na místě otázka, jaký bude užitek z toho, vědět, že bude například dalších 7 až 10 dnů bezvětří a minimum slunečního záření, když nebude žádný jiný zdroj, který by solární a větrné elektrárny nahradil a akumulátory se musí nabít z přebytků, jež nebudou.

Ještě k otázce pana Smrže – cituji: „Budou české JE schopny regulovat výpadky větru či slunce v Německu či Rakousku?“ Sám si odpovídá, že jen zcela výjimečně. Pan Ivo Petrouš to v diskuzi nazývá čistým argumentačním faulem.  Domnívám se, že nejde ani tak o „argumentační faul“ jako spíše – řečeno sportovní terminologii: „Panu Smržovi se podařilo naprosto precizně kopnout penaltu – do vlastní brány.“

Komentáře

0 komentářů ke článku "undefined"

Přidat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *