Domů
Přenos elektřiny
Budoucnost elektroenergetických soustav aneb na co se připravit
Ad

Budoucnost elektroenergetických soustav aneb na co se připravit

V posledních několika letech si i laická veřejnost mohla všimnout, že se energetika mění. Média často informovala o vypínání jaderných elektráren v sousedním Německu, plánech k postupnému utlumování uhelných zdrojů a celkově o příklonu k „zelené“ energetice napříč celou Evropou, a tím i k obnovitelným zdrojům energie. Tento poměrně náhlý a dle mnohých také nepříliš uvážený odklon od tradičních zdrojů elektřiny vzbudil rozruch prakticky napříč všemi odvětvími energetiky.

Tento článek vysvětluje, co bylo pravděpodobným „spouštěčem“ takového trendu, shrnuje jeho dopady na odvětví elektroenergetiky a uvádí příklady řešení, jejichž cílem je minimalizovat negativní důsledky tohoto vývoje. Jelikož se autor profesně zabývá návrhem informačních systémů v energetice, spadají uváděná řešení výhradně do této oblasti.

(Ne)Plánovaná budoucnost

Zpětnou analýzou faktů lze dojít k tomu, že za spouštěč současného vývoje v energetice můžeme s jistotou označit tzv. Pařížskou dohodu z roku 2015.

Ta, s cílem snížit emise skleníkových plynů za účelem omezení globálního oteplování, v podstatě odsoudila uhelné zdroje k zániku a otevřela pomyslné dveře dekarbonizaci Evropy. Avšak až na průběžné reportování plnění závazků je Pařížská dohoda pro jednotlivé státy právně nezávazná. Proto se přibližně tři roky od její ratifikace nic zásadního nedělo a z reportů bylo patrné, že jednotlivé státy své závazky příliš neplní.

V případě Evropy se impulsy nezbytnými pro další vývoj staly tzv. klimatické strategie vydané Evropskou komisí, které vymezily cíle pro roky 2020, 2030 a 2050, a zároveň také tzv. klimatický balíček (Clean Energy Package).

V obou případech se jedná o stanovení závazků, kterých je potřeba dosáhnout pro úspěšné naplnění závěrů Pařížské dohody. Už se ale neuvádí, jakým způsobem má být závazků dosaženo. A co je nejzásadnější, ani jednotlivé strategie, ani CEP nepopisují, jak řešit problémy spojené s omezováním řiditelných zdrojů a vypořádat se s nárůstem těch obnovitelných.

Řešení problémů víceméně zůstává na provozovatelích přenosových soustav (TSOs). Dle dosavadního vývoje se zdá, že mohou mít jistotu alespoň v tom, že budoucnost elektroenergetiky bude pravděpodobně skutečně zaměřena na co největší využití obnovitelných zdrojů energie, což podtrhuje snaha o dosažení nulových emisí do roku 2050.

Pro zajímavost, plnění závazků Pařížské dohody a vývoj zavádění obnovitelných zdrojů v jednotlivých státech zobrazuje následující diagram. Je zde vidět, že celosvětově se podíl obnovitelných zdrojů na celkové výrobě od roku 2015 zdvojnásobil.

Záměr snížit emise za účelem získání lepšího ovzduší pro všechny Evropany je nepochybně první věc, kterou EU proklamuje a na kterou široká část veřejnosti uslyší. Osobně bych ale vyzdvihl jiný cíl, který EU také uvádí, ale zůstává spíše v pozadí, a to: renewables global leader. EU nepochybně věří, že zelená revoluce zvýší konkurenceschopnost Evropy vůči světu. Doufejme, že se tato víra ukáže jako opodstatněná.

Jeden z dalších cílů, increase energy security, kde se jedná zejména o zvýšení nezávislosti na externích dodavatelích, již může být zavádějící. Implementace obnovitelných zdrojů totiž nese celou řadu problémů, které mohou spolehlivost elektroenergetických soustav naopak snížit. Ale o tom více, až v následující kapitole.

Dopady (CEP) na účastníky trhu

Vyváženost energetického mixu jednotlivých evropských soustav dostává s trendem zavádění RES vážné trhliny. V elektroenergetice hraje významnou roli regulace elektroenergetické soustavy, tzn. udržení rovnováhy mezi spotřebovanou a vyrobenou elektřinou. Zjednodušeně se dá říci, že čím více stavíte něco, co odebírá elektřinu, tím více musíte postavit elektráren, které vám ji v požadovaném množství vyrobí. (Hráči počítačových her z 90. let si jistě vzpomenou na hru, kde to bylo samý písek a těžilo se koření – pokud jste ale měli příliš málo elektráren a postavili jste další novou montovnu aut, celé město vám zhaslo a výpadek trval do té doby, než jste vybudovali další elektrárnu.)

Z tohoto příkladu je patrné, že není možné spotřebovávat více, než se vyrobí a že dostupný výrobní výkon je důležitý. Je ale asi pochopitelné, že samotný dostupný výkon není jediným limitujícím prvkem. Dalším významným faktorem je řiditelnost výrobních (ale i spotřebních) zdrojů, která v případě většiny obnovitelných zdrojů není možná (např. větrnou elektrárnu nemůžete roztočit víc, než aktuálně fouká vítr).

Z toho se dá odvodit, že i když uhelné zdroje nahradíme obnovitelnými se stejnou výrobní kapacitou, zajištění stability soustavy nebude na stejné úrovni, což představuje vážný problém, který může vést až k black-outům.

Se zaváděním RES jsou účastníci trhu, zejména pak TSOs, nuceni hledat nová řešení řízení soustav, resp. optimalizovat již existující.

IT řešení přicházejí na pomoc

Jak již bylo vysvětleno v úvodu, zavádění RES do energetického mixu klade vyšší nároky zejména na provozovatele přenosových soustav. Ti musí být v každém okamžiku připraveni vyrovnávat (regulovat) výkyvy výroby a spotřeby. A protože jsou obnovitelné zdroje energie ve větší míře závislé na počasí, je nutné do výpočtů předpokládané úrovně výroby zahrnout predikce počasí, resp. data z měření apod.

Roste potřeba sledovat vývoj různých činitelů prakticky v reálném čase a mít možnost rychle a účinně reagovat na vzniklé situace. Dispečerská centra pro tento účel mohou být vybavena sofistikovanými systémy, které usnadňují například komunikaci s pracovníky v terénu a poskytují jim aktuální technická data vztažená ke konkrétní lokalitě (obecně jsou tyto systémy známé pod zkratkou GIS). Na významu získávají také nové technologie jako Smart Metery.

Nicméně je třeba mít na zřeteli také technické limity samotných výrobních bloků poskytujících regulační energii. Celkový instalovaný výkon konkrétního bloku může mnohonásobně převyšovat aktuální potřeby na vyrovnání výkyvu ve výrobě, ale vzhledem k technickým limitům nemůže být poskytnut v plném rozsahu.

Přesně tuto situaci bude pro irského provozovatele přenosové soustavy, společnost EirGrid, řešit nový informační systém Ramping Margin Tool (RMT), na jehož dodávku vyhrála výběrové řízení společnost Unicorn Systems.

Systém RMT bude vyvinut nad Damas MMS Platform – vlajkovým produktem společnosti Unicorn Systems pro energetiku. Při dodávce budou využity out-of-the-box vlastnosti platformy, které umožní rychlé dodání celého řešení. Architektura platformy Damas MMS zároveň splňuje požadavky společnosti EirGrid na modularitu, výkon, spolehlivost a zabezpečení celkového řešení. V případě potřeby je tak možné systém jednoduše rozšířit o další funkčnosti.

RMT budou využívat zejména dvě dispečerská centra v geograficky oddělených lokalitách – Dublinu a Belfastu. Řešení dispečerům umožní téměř v reálném čase porovnat potřebnou hodnotu výkonové rezervy se skutečně dostupnou, a pokud tato rezerva není pokryta v souladu s nastavenými limity, systém dispečery automaticky upozorní. Platforma Damas MMS navíc umožňuje konfiguraci různých forem varování – zvukovým signálem, systémovou zprávou poslanou konkrétnímu uživateli/uživatelům nebo např. odesláním SMS při dosažení stanoveného limitu. Shrnuto, dispečeři jsou včas informováni, mohou snadněji předcházet kritickým situacím, a zajistit tím spolehlivý chod přenosové soustavy.

Výši požadované rezervy systém stanovuje na základě velkého množství vstupů. Zjednodušeně lze ale říct, že jde o rozdíl očekávaného nárůstu spotřeby a výroby dostupné pro jeho pokrytí. Jde tedy o množství spotřeby, která by mohla zůstat nepokryta, plus rezervu určenou na základě bezpečnostních předpisů provozu soustavy, jako např. rezerva potřebná pro pokrytí výpadku největšího zdroje v soustavě apod. Opět díky vlastnostem Damas MMS Platformy lze vzorec pro výpočet, včetně potřebných vstupů, uživatelsky upravovat přímo v systému (tzn. vzorec není „natvrdo“ zakódován do systému) bez nutnosti opětovného nasazení, změny jsou tedy aplikované a viditelné ihned.

Výpočet rezerv systém provádí vždy na následujících 48 hodin, pro tři geografické lokality a produkty RR20, RM1, RM3, RM8. Výpočet se automaticky opakuje každých pět minut, případně může být iniciován oprávněným uživatelem manuálně z přehledové obrazovky systému, tzv. dashboardu.

Zde jsou také k dispozici informace o průběhu jednotlivých výpočtů. Vypočtené hodnoty mohou uživatelé upravovat. Samozřejmostí je, že toto právo mají pouze uživatelé, kterým data patří, resp. mají k těmto datům oprávnění. V tomto ohledu Platforma Damas MMS umožňuje nastavit oprávnění jak k obrazovkám, tak samotným datům. Veškerá historie změn je přitom auditovaná včetně původních hodnot, data změny a identifikace uživatele, který data upravil.

Beze sporu velkým kladem Platformy Damas MMS je možnost konfigurace vlastních pohledů na data. Jedná se o obrazovky systému, které může díky vlastnostem platformy vytvářet i běžný uživatel bez znalosti programování. Je pouze potřeba vědět, jaká data chce uživatel na obrazovce vidět. Systémový konfigurátor uživatele tvorbou pohledu provede a zároveň nabídne poměrně širokou škálu možností, jak data zobrazit, včetně granularity zobrazovaných hodnot, agregací apod. Případné změny jsou přitom opět jednoduše proveditelné a okamžitě aplikované.

High-level pohled na procesy systému RMT zachycuje následující diagram. Systém zajišťuje především:

  • Výpočet požadovaných a dostupných rezerv
  • Porovnání požadovaných a dostupných rezerv, včetně alarmů při dosažení nastavených limitů
  • Integraci na okolní systémy včetně validací a data manipulation logiky
  • Monitoring & Reporting

Zjednodušený návrh celkového řešení založeného nad Damas MMS Platformou zachycuje následující diagram. Nejvýznamnějšími komponentami systému jsou:

  • Přehledová obrazovka (tzv. dashboard) obsahující hlavní ovládací panel, alarmy a notifikace, monitoring výpočetních procesů či přehled datových toků
  • Detail požadavků – detailní pohled na výpočet požadovaných rezerv
  • Detekce a evidence systémových událostí
  • Monitoring – porovnání požadovaných a dostupných rezerv
  • Reporting – uživatelské pohledy nad daty
  • Výpočetní jádro systému
  • Archivace a verzování dat
  • Integrační vrstva pro komunikaci s okolními systémy

Nové směry v elektroenergetice

Dosavadním vývojem v elektroenergetice jsou provozovatelé přenosových soustav, ale také ostatní účastníci trhu nuceni hledat nové způsoby zajištění spolehlivosti soustav. Systém RMT, představený v tomto článku, je jen jednou z možností. Celkově vznikají příležitosti pro nové hráče na trhu, případně pro spolupráci mezi existujícími.

Takovým příkladem může být projekt OneNet spojující více než 70 partnerů napříč EU. Projekt se zaměřuje na vytvoření podmínek pro novou generaci podpůrných služeb umožňujících plné využití odezvy na straně poptávky, akumulace a distribuované výroby při provozování elektrizační soustavy. Cílem projektu je vytvoření nových trhů pro obchodování s flexibilitou.

Jinou alternativou je elektromobilita. Elektromobily, jednotlivě nebo propojené v „parku“, mohou být využity pro poskytování regulační energie v případě potřeby. Příkladem může být pilotní projekt Vehicle 2 Grid (V2G).

Nelze samozřejmě s jistotou označit, které nápady, resp. projekty se osvědčí a budou se používat v širším měřítku v reálném provozu. Jisté ale je, že tyto projekty firmy technologicky posouvají a v případě TSOs vedou ke zvýšení schopnosti zajistit spolehlivý provoz elektroenergetické soustavy.

O Autorovi

Energetice se Libor Sluka věnuje již od roku 2009. Jako IT Business Consultant se zabývá především návrhem Market Management Systémů pro provozovatele elektroenergetických přenosových soustav. Aktuálně sleduje také vývoj v oblasti obnovitelných zdrojů, a jeho dopady na energetické trhy.

O Unicornu

Unicorn je renomovaná evropská společnost poskytující ty největší informační systémy a řešení z oblasti informačních technologií. Dlouhodobě se soustředíme na vysokou přidanou hodnotu a konkurenční výhodu přinášenou našim zákazníkům. Působíme na trhu již od roku 1990 a za tu dobu jsme vytvořili řadu špičkových a rozsáhlých řešení, která jsou rozšířena a užívána mezi těmi nejvýznamnějšími podniky z různých odvětví. Jsme zároveň provozovateli internetové služby Plus4U, ve které nabízíme široké portfolio služeb založených na robustních softwarových řešeních pro malé a střední podniky a hlavně pro lidi.

Mohlo by vás zajímat:

Komentáře(16)
Energetik 007
7. prosinec 2020, 09:35

Ještě je potřeba změnit:

- Ohmův zákon,

- Kirchhofovi zákony,

- Zákon o zachování energie,

- a mnoho dalších

a bude to dokonalé.

Jaroslav Novák
7. prosinec 2020, 10:37

i přes vše nové + moderní + CEP = návrat ke kořenům, jádro+PVE pro ČR jasná volby, díky naší geomorfologii i poloze ve Střední Evropě se můžeme stát energetickým srdcem, chce to pouze odborné řízení ENERGETIKY bez vlivu ekofanatických nájezdníků.

K hrozbám musí plukovníci BIS včas premiéra (AB+MZ) varovat, a pokud i vláda ČR nekoná v zájmu ČR, musí se voličům odborníci včas (v rámci ještě platné demokracie) ozvat,....nejen R+Č, ale naši domácí rozvraceči...!!!

Jaroslav Novák
7. prosinec 2020, 11:43

oprava:.... nejen R+Ć a okolí představují hrozby pro ENERGETIKU ČR, ale naši domácí rozvraceči....!!! lze doplnit....nikdy nebyla KI ČR == strategická ENERGETIKA pod takovým nájezdem neodbornosti a mediální zvrácenosti, jako se děje v poslední době,...i řada zdejších diskutérů je placena NGO k destrukci důležitého odvětví EE. Plukovníci BIS mlčí!!! Nebo premiér varování zatlouká a rozhodnutí o EDU5 odkládá??? Namísto dostavby ETE34=ETE12 zítra zahájené, zakázku domácímu průmyslu se hledá řešení v cizině, aby bylo kam cestovat??? Nedůstojné zájmy mnozí činitelé ČR naplňují...!!

Milan Vaněček
7. prosinec 2020, 12:28

Energetik 007, Jaroslav Novák a zřejmě i mnoho dalších stále žijí v minulém století. Ano, platí stále stejné fyzikální zákony, ale technický pokrok již postoupil mnohem dál, zvláště od roku 2000.

Pro stav v našem století doporučuji prostudovat zdroj:

ourworldindata.org/cheap-renewables-growth

a obrázky v něm, některé najdete i na Monitoringu, zde pod Kurzy.cz

A to ještě podotýkám, že když doplníte data k FVE o nejnovější údaje, tak jsou opět ještě příznivější než ty, uvedené v citovaném pramenu výše.

Energetik 007
7. prosinec 2020, 12:44

Podle vás je technický pokrok že u elektřiny se výroba nemusí rovnat spotřeba?

Josef
7. prosinec 2020, 12:29

Studie proveditelnosti pro + ČR udělalo MPO varianta plyn+OZE je 2x investičně náročnější než jaderná centrální varianta z toho pro Vaněčky cena FV panelů nehraje žádnou roli, protože největší podíl ceny jsou záložní zdroje, akumulace atd.. zkrátka položka řízení soustavy je naprosto zásadní... Tato cesta, krom toho že je neekologická, vede k cca dvojnásobným cenám el. energie pro obyvatelstvo stát i průmysl.

Milan Vaněček
7. prosinec 2020, 14:05

Pane Josef, když to dělalo MPO, tak teď by to chtělo nechat tu studii prověřit renomovanou zahraniční agenturou

a při objevení falešných, starých údajů (to je jistota, aspoň si to myslím)

pohnat autory k trestní odpovědnosti.

A Vy místo mystifikování veřejnosti, prosím počkejte na výsledky auditu

a skutečný rozbor obou variant. Možná, že ČR je částí nějaké zvláštní zóny v EU, kde se JE budou stavět za poloviční či třetinové ceny. Ale silně o tom pochybuji.

meloun
7. prosinec 2020, 15:25

Bohužel ano. Bude dražší a stavba se prodlouží, ale nic jiného nemáme. Teda pokud nechceme bezhlavě důvěřovat, že nám Němec dá, když budeme potřebovat.

Milan Vaněček
7. prosinec 2020, 19:14

Teď nemáme zatím nic co by zastoupilo útěk od uhlí. Ale s fotovoltaikou, utility scale, to můžeme mít za pár let, BEZ DOTACÍ, když využijeme zkušeností z Německa, viz

pv-magazine.com/2020/12/07/germany-to-host-900-mw-of-unsubsidized-solar/

Stručně, Němci připravují další výstavbu velkých FVE ve východní části země (a u nás máme slunce více než bývalé východní Německo),

k současné již vyrábějící fotovoltaické elektrárně (bez dotací) postavené developerem Bay.Wa postaví,

cituji,

"EnBW builds another 300 MW of unsubsidized solar in Germany, ERG announces plans for 600 MW"

Zato jádro chce vládní pomoc, bezúročné půjčky, dokrytí finančních ztrát z budoucího provozu, ... a bude nejdřív za 20 let. OBROVSKÝ ROZDÍL.

Když se ještě podaří stavět větrné elektrány, přes obrovský odpor jaderné lobby, tak budeme moci uhlí odstavovat, BEZ DOTACÍ, tj bez nového jádra (jen s pomocí starého jádra a OZE a plynu).

meloun
8. prosinec 2020, 00:01

Vypadá to hezky, ale mám předtuchu, že to nevyjde. Nejen že si nedokážu představit, že by u nás byl někdo schopen stavět FVE bez dotací, ale oni se ty dotace stejně objeví někde přidruženě k FVE. Dále si nejsem jistý, že bychom dokázali vyčlenit dostatek plochy pro FVE nebo VTE, které by dokázali nahradit uhelné tak i jaderné elektrárny. Jak už z nevhodnosti místa, tak nevolí obyvatelstva. Je tedy jisté, že musíme aspoň 1 blok JE postavit. Až skončí EDU1, tedy za 15 let, tak si můžeme říct, jak skutečně na tom jsou OZE + baterie/vodík a jestli dále stavět JE nebo si jen vystačit se SMR. S fúzí to nevidím nějak nijak zázračně. Sice to bude funkční a z technického hlediska krásná věc, ale drahá. Po světě jich bude jen pár a především v ekonomicky silných státech -> u nás ne.

PetrV
8. prosinec 2020, 01:24

Vanecku, zrusme komunistické výpalné ve formě emisních povolenek a bude po problému. Není ti trapně se pindat nesmysly, když žiješ z z prace druhých?

Baton David
7. prosinec 2020, 23:10

A v praxi by mohla regulace dodavatel/odběratel pomocí IT vypadat asi takto: sms od dodavatele ee "okamžitě snižte svůj odběr ee podle aktuální předpovědi počasí jinak vám hrozí pokuta/odpojení" to sme to dopracovali..

Jan Veselý
7. prosinec 2020, 23:46

To máte z knížky pohádek Bubáci a hastrmani? Realita je taková, že se s těmi, kdo regulují svůj výkon normálně podepíše smlouva a oni za tuto službu dostávají zaplaceno. A SMS rozhodně není vhodný komunikační kanál.

Takhle třeba může vypadal 550 MW špičková "elektrárna" s okamžitým náběhem. Cena je ~0.2 USD/W, cca 4x nižší než plynová elektrárna, 15x nižší než uhelná a 25x nižší než jaderná (jste-li velký optimista). Přitom to dělají draze u maloodběratelů. U velkých spotřebitelů je demand response ještě podstatně cenově výhodnější.

Omega
8. prosinec 2020, 18:55

No to "takhle" neřeší situaci nedostatku zdrojů. Je to jenom řešení, které odpojí potřebné množství spotřebičů, aby se nepřetížila síť.

Problém nastane v okamžiku, kdy ten nedostatek zdrojů bude pár hodin - voda se neohřeje, domy vymrznou....

Cílem celého snažení není vymyslet řešení, co odpojí spotřebiče, ale řešení, které umožní fungovat trvale.

Nebudu říkat že tohle řešení nepomůže - určitě to pomůže stabilizovat síť (ale na rovinu, tohle zvládne i blbé HDO za cenu 10x menší)

PetrV
8. prosinec 2020, 01:26

Misto prace budou lidi cekat na ee...

Energetik 007
8. prosinec 2020, 08:20

Budoucnost elektroenergetické soustavy Prahy v 2038 - max odběr elektro 1300MWe tepla 1300MWt z toho tak 50% pravobřežní z HU z Mělníka, po odstavení HU bude pravobřežní část bez tepla a celá Praha každou chvíli v blackoutu.

Plán výstavby záložních 3x100 MWe z Energetické koncepce zmizel a vedení města to je jedno

Komentáře pouze pro přihlášené uživatele

Komentáře v diskuzi mohou pouze přihlášení uživatelé. Pokud ještě účet nemáte, je možné si jej vytvořit na stránce registrace. Pokud již účet máte, přihlaste se do něj níže.

V uživatelské sekci pak můžete najít poslední vaše komentáře.

Přihlásit se