Analýza: Při zatmění slunce svítí uhlí

Zatmění slunce je výrazný astronomický jev. V energetice ale představuje jen jednu ze zkoušek úspěšného zvládnutí optimalizace toků elektřiny v přenosové soustavě. Vyplývá to z analýzy Petra Hlinomaze pro server iUHLI.cz. Taková situace nastala i letos v pátek 20. března při částečném zatmění. Znovu se ukázalo, jak je důležité mít k dispozici různé zdroje výroby elektřiny, zejména uhlí, máme-li zvládnout úskalí, která přinášejí obnovitelné zdroje energie (OZE).

Dvě epochy poměrů v přenosové síti

Podobně, jako se rozlišují geologické éry, lze s určitou mírou nadsázky rozdělit i existenci elektroenergetiky na dvě epochy: éru klasickou, tj. před existencí fotovoltaických (FVE) a větrných elektráren (VTE), a s nimi, tj. obecněji éru s obnovitelnými zdroji (OZE).

V klasické éře to byla pouze spotřeba elektřiny, která byla „náhodnou“ proměnnou. V éře OZE přibyla další náhodná proměnná, a to výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů. Základní podmínka regulace poměrů v přenosové soustavě zní, že výroba elektřiny se musí rovnat její spotřebě (a naopak), a to prakticky v kterýkoli okamžik. Udržet tuto rovnováhu není snadné a v éře OZE je to ještě náročnější.

Klasické éře vyhovuje přenosová soustava centralizovaná s několika velkými výrobními zdroji. Éra OZE potřebuje ale decentralizovanou přenosovou soustavu, neboť pak může být k síti připojeno velmi mnoho menších výrobních zdrojů. Nyní žijeme v jakémsi provizóriu – s obnovitelnými zdroji v centrálně regulované přenosové síti. To „dá práci“ a bez uhlí, jak uvidíme dále, by to nešlo.

Obnovitelné zdroje chtějí své

Obnovitelné zdroje mají mnoho dobrých vlastností, ale také jednu špatnou. Vyrábějí elektřinu jen někdy a tomu je třeba se přizpůsobit. Platí to v prvé řadě pro solární a větrné elektrárny. Výroba elektřiny využitím energie vody nebo spalováním biomasy, což jsou další obnovitelné zdroje, nás naštěstí poslouchá. Stačí otevřít nebo zavřít kohoutek, nebo nepřikládat do kotle. Elektřinu z vodních elektráren a elektráren na biomasu si můžeme pustit, kdy ji potřebujeme, u solárních a větrných to neplatí.

Přítomnost větrníků a solárních panelů v přenosové soustavě do ní proto přináší svébytný a obtížně předvídatelný příspěvek (vyrobenou elektřinu). Nejen, že výroba fotovoltaik je soustředěna do omezeného časového intervalu, ale docela rychle se v průběhu času mění a „píky“ s vrcholem v poledních hodinách se mohou dosti lišit jeden od druhého podle oblačnosti, která svit Slunce oslabuje. To je třeba spolu s měnící se spotřebou elektřiny vyvážit a optimalizovat s využitím výroby elektřiny ve zdrojích jiného typu. Základní rovnováha v přenosové síti musí být dodržena.

Uhlí bez konkurence

Nevyrovnanost a „neovladatelnost“ solárních i větrných elektráren je třeba doplnit výrobou v regulovatelných zdrojích. Mezi nimi hraje nezastupitelnou roli uhlí. Kromě něho lze ještě využívat např. vodní energie, ale tak velký výkon v České republice k dispozici není nehledě na možné potíže se zásobami vody. Výroba v plynových elektrárnách, které také umějí relativně rychle měnit výkon, je v současných podmínkách nízkých cen elektřiny na trhu příliš drahá.

Jiné typy výrobních zdrojů se provozují obvykle na přibližně setrvalé, nebo jen málo proměnné úrovni výroby elektřiny. Nejtypičtějším příkladem jsou jaderné elektrárny. Pro změny „nemají buňky“. Potřebují mít stabilní odběr a rychle měnit výrobní výkon neumějí.

Proto i v podmínkách běžného dne výroba elektřiny z uhlí nejenže dodává masu (objem) elektrické energie, ale navíc zajišťuje potřebnou flexibilitu.

Co ukázalo zatmění ?

Na pozadí jasného dne bylo i částečné zatmění Slunce tentokrát výrazné a mohlo se zřetelně projevit ve výrobě fotovoltaických elektráren (viz první graf). Před polednem 20.března se účinek zatmění Slunce a snížení intenzity slunečního světla projevil zřetelným vykousnutím – poklesem na křivce výroby elektřiny v solárních elektrárnách.

Výpadek solárů byl velkou měrou nahrazen výrobou v uhelných elektrárnách. Uhelné elektrárny běží tradičně na vyšší výkon v období ranní a večerní špičky. Tentokrát musely přidat i v čase, kdy Měsíc zakrýval Slunce (viz druhý graf).

Uhelným elektrárnám vypomáhají běžně ve špičkách také vodních elektrárny, jak bylo již řečeno, jejich výkon nemůže být tak výrazný. V optimalizaci celkového výrobního výkonu v přenosové soustavě měly během zatmění jen menší roli.

Česko, Německo, Itálie

Dá se říci, že zatmění Slunce prověřilo elektrickou přenosovou soustavu nejen v České republice, ale i v celé Evropě. Podle váhy fotovoltaických elektráren ve výrobě elektřiny i podle dalších podmínek, které dohromady vytvářejí míru citlivosti přenosové soustavy na výchylku, kterou přinášel pokles slunečního svitu v průběhu zatmění, volily země různá řešení.

Například Češi a Němci řekli, že nutnou regulaci spojenou s účinky zatmění Slunce zvládnou a tak se i stalo. V Česku není podíl fotovoltaických elektráren na výrobě elektřiny až tak velký a Němci si spočítali, že vypínání solárů by je vyšlo příliš draho. Italové naopak raději odpojili fotovoltaické elektrárny s výkonem větším než 100 kW. Nešlo jen o větší podíl solárních elektráren na výrobě elektřiny v Itálii (viz graf níže), ale i o to, že italská přenosová soustava je zatěžována každý den velkými importy elektřiny. Proto byla dána větší přednost bezpečnosti sítě.