Mojmír Štěrba: Jak funguje 'Chytrá energie'
Zde hodnotíme část projektu, kterou tvoří elektrická energie. Vstupní hodnoty jsou převzaty ze studie Chytrá energie a náš model zkoumá, jaká je funkčnost navržené elektrizační soustavy.
1. Základní východiska projektu elektrizační soustavy.
Projekt vychází z principu využití obnovitelných zdrojů energie s malým podílem zemního plynu. Předpokládá zabezpečit produkci 53 TWh z vlastních zdrojů + 10 TWh z importu, což je o 13 % méně než současná produkce.
Vlastní zdroje vygenerují za rok:
26,22 TWh z FV+VTE+VE
26,24 Twh z biomasy
= 52,48 TWh celkem
Projekt zahrnuje zdroje a spotřebu připojené k síti + energii pro elektromobily, které nahradí benzinové a naftové.
- Závěr studie je, že suma spotřeby = produkci zdrojů, takže systém je prohlášen za provozuschopný, energeticky soběstačný.
2. Metoda řešení
Metodou Chytré energie je statické a statistické shromažďování, vyhodnocování spotřeby a zdrojů energie a jejich sumarizace. Tento krok je nutný ale nikoliv postačující.
Pro elektrizační soustavu je rozhodující druhý krok, to je modelování funkční provozovatelnosti, v časovém sledu. Tento krok je přímo závislý na fyzikálních vlastnostech elektrizační soustavy. Studie Chytrá energie tuto modelaci neprovádí, proto analýzu funkčnosti provedeme za ní.
3. Řešení funkčnosti elektrizační sítě
Na základě údajů ze studie Chytrá energie byl vytvořen simulační model, který zkoumá funkčnost takto navržené elektrizační soustavy. Tento proces musí proběhnout u každé elektrizační soustavy, aby se zjistila rizika narušení stability a zabránění následnému kolapsu. Podmínky pro připojování OZE do současné ES řeší renomovaný výzkumný ústav ČSRES EGÚ, a.s. Brno, zkoumá, jaké jsou limitní hodnoty pro připojení OZE do současné plně regulované elektrizační soustavy v podmínkách fosilní a jaderné energie.
Chytrá energie musí řešit odlišný problém, protože všechny zdroje jsou obnovitelné a zcela závislé na přírodních podmínkách.
Vzhledem k tomu, že tento problém studie Chytrá energie ani náznakem neřeší, provedeme to my.
4. Řešení funkčnosti elektrizační soustavy podle studie Chytrá energie.
Všechny zdroje vycházejí z OZE, které jsou proměnlivé podle počasí a roční doby a tudíž poskytují proměnlivou produkci během roku a dne. Tuto proměnlivost zachycuje model1 metodou nejslabšího článku, kterým je nejchladnější měsíc leden. Model1 spustí elektrizační soustavu 1. ledna a po dnech a během dne po hodinách zkoumá, jak probíhá proces rovnováhy spotřeby a produkce. Hned první den dojde k vyčerpání kapacit přečerpávacích vodních elektráren PVE a překročení záložních kapacit, které jsou tvořeny prostřednictvím zatím fiktivní chytré sítě Smart Grid. Činnost PVE byla úplně ochromena pro nedostatek energie, PPE a SmartGrid dohromady s regulačním výkonem 2114 MW ani zdaleka nestačily regulovat výkyvy spotřeby a produkce. Když vyloučíme možnost permanentní regulace z importu, tak ES byla v permanentním kolapsu jak dokumentuje model1.
5. Zkoumáme, jak se ES bude chovat během kalendářního roku
Zatím budeme předpokládat neomezený objem regulačního importu a exportu, abychom mohli sledovat, jak by se ES chovala v průběhu roku.
K tomu slouží model2 , který prochází postupně všemi měsíci od ledna do prosince a vyhodnocuje rovnováhu ES. Únor probíhá obdobně jako leden. V březnu již přibývá slunce, klesá import, ale začínají se projevovat nárazy produkce FV, která má v poledne špičkový výkon až 12000 MWp, které částečně spotřebuje vlastní spotřeba, dojde k čerpání záporné zálohy a nevyčerpaný zbytek jde do exportu. Tento stav se stále prohlubuje a v letních měsících už dochází k tak velkému exportu, že by to ohrozilo přenosovou soustavu. Lámat se to začne v září, kdy ubývá slunce a začíná se projevovat nedostatek energie, +záloha nestačí a začíná import, který se zvětšuje a v listopadu a prosinci se dostává na úroveň ledna, února. Podrobně je možné průběh roku sledovat v modelu2.
Uvedený průběh ilustruje průběh roku který ve skutečnosti není možný, protože nasmlouvat tak velké výkyvy regulační energie není reálné. A i kdyby to bylo možné, tak doma nevyužitelné nárazové přebytky v letních měsících jsou vlastně ztraceny. Ve studii je uvedeno, že Dánsko produkuje 20 % z větrné energie a regulaci hravě zvládne. Bohužel nezvládne, protože regulace je prováděna prostřednictvím norských a švédských hydroelektráren, nikoliv z vlastních regulačních zdrojů.
6. Co kdybychom zvyšovali vlastní zálohu a přešli na vlastní regulaci?
Je to spíše hypotetická úloha, ale prověříme ji viz model3 . Předpokladem je, že Smart Grid může zvyšovat regulační výkon na takovou hodnotu, až regulační import a export klesne k nule, resp. na hodnotu potřebnou pro řešení krátkodobých výpadků. Nulového regulačního importu/exportu nebylo možné dosáhnou ani při regulačním výkonu Smart Grid 10000 MW a objemu zálohy 10000 GWh. Zatím není známo, jak by takový regulační výkon mohly OZE vygenerovat.
7. Jaké jsou možnosti OZE
Tak, jak byl projekt navržen ve studii Chytrá energie je nerealizovatelný z důvodu regulace, proto hledáme podmínky za kterých by bylo možné OZE provádí to model4 Výsledkem je zjištění, že ES ohledem na regulovatelnost, velikost stálého zdroje je provozovatelná pro nižší spotřebu – 65 % té původní, spotřebu 53 TWh by nebyla schopná zabezpečit. Dalším zjištěním je, že produkce je závislá na velikosti stálého energetického zdroje v našem případě to je biomasa 3650 MW. Limitní hodnota instalačního výkonu FV je 1000 MWp a VTE 2000 MWi. Výkony mohou mírně oscilovat kolem uvedených hodnot v závislosti na nasmlouvání regulačního importu a exportu. Jsou srovnatelné se závěry EGÚ s tím rozdílem, že EGÚ má k dispozici regulační výkony současných fosilních a jaderných zdrojů a reguluje odchylky od nasmlouvaných hodnot, kdežto my máme k dispozici fiktivní výkony chytré sítě Smart Grid s nutností řešit regulaci plných odchylek.
8. Závěry a doporučení
- OZE mají svá omezení, elektrizační soustava je fatálně závislá na regulační a akumulační kapacitě.
- OZE jsou plně závislé na meteorologických a klimatických podmínkách, jejich proměnlivost v průběhu roku může velmi podstatně ovlivnit funkčnost elektrizační soustavy.
- Místo velkých prohlášení je třeba se věnovat rozvoji a vývoji podpůrných služeb elektrizační soustavy v podmínkách OZE a tento fenomén zařazovat do studií o energetice s OZE.
- Je třeba vyvíjet a zdokonalovat predikční a simulační nástroje pro řízení rovnováhy ES v podmínkách OZE.
- Řešit akumulaci větších objemů elektrické energie.
- Řešit regulační pravidla pro provoz OZE, zejména řízení jejich dodávky.
Tento dokument není vypovězením války obnovitelným zdrojům, ale upozorněním na problémy, které je třeba řešit, nikoliv se jim vyhýbat, když jsou pro nás nepříjemné.
Až přijde hodina pravdy, tak se budeme muset uskromnit v našem životě, pokud se nám přeci jen nepodaří poručit větru dešti.
reklama
Online diskuse
Chytrá energie odpověď - 22. 11. 2010 - M.ŠtěrbaEkolist 22.11.2010 odpověďJsem rád, že jste se na můj příspěvek ozval. Předně bych chtěl zdůraznit, že se v příspěvku zabývám elektrickou energií, která má svá specifika, zejména fyzikální. Nechci být zařazen do “hledačů důvodů proč to nejde“, ale chci poukázat na problémy objektivního-fyzikálního rázu, kterým budeme čelit nyní i za 50 let. Příspěvek vychází právě z varianty studie, která popisuje stav v roce 2050 a od toho se odvíjejí údaje vstupující do modelu a údaje z toho odvozené – neboli to nejsou moje smyšlená čísla. Zavedl jsem regulační zdroj Smart Grid, který dokáže regulovat od počátečních 400 MW až do výše 10000 MW, import a export jako regulační zdroje, některé údaje o zatižitelnosti sítě, které platí dnes aby se to dalo vůbec spustit. Zcela s Vámi souhlasím, že je třeba vynaložit velké úsilí a výdaje na výzkum. Ale to je právě to na co poukazuji. Bohužel místo intenzívního výzkumu budoucích zdrojů se produkuje mnoho neefektivních zdrojů. Ve studii je jednoduše prezentováno - když se nebude dostávat energie, tak snadno dovezeme ze zahraničí. A že to bude u nás energeticky napjaté, tak s Vámi plně souhlasím a mnoho jiných variant než OZE zatím nejsou v dohledu, pakliže odmyslíme uhlí a jadernou energii, která je ve studii vyloučená. Vypadá to, že velkým soupeřem bude sama příroda – jaro-léto-podzim-zima a to se musí brát ve všech studiích v úvahu. Ke konkrétním údajům, které uvádíte: těch 3000 MW přenosu je současná hodnota, model zkoumá, na jakou hodnotu by se to dostalo při souběhu VTE a FV dostalo. A vy to nechcete vědět? To je přeci důležitá informace. Regulační výkon těch 400 MW Smart Grid je uvedeno jako výchozí stav+600 MW PPE, z něčeho se musí začít a stoupá až do 10000 MW a zkoumá se co se systémem udělá. A Vy to nechcete vědět? “Biomasa je fakticky prostředek ke skladování energie“. Ano s tím souhlasím. Jenomže v našem modelu je biomasa jako stálý zdroj s instalačním výkonem 2650 MW, který s malými výkyvy zajišťuje v kogeneraci stabilní dodávku. Pokud jí použiji jako regulační zdroj, tak jí nemohu použít ke stálé dodávce. Model může zkoumat kolik je třeba pro to či ono použití nebo pro obojí dohromady. Vy to nechcete vědět? “taky podceňujete trendy co se týče spotřeby" – to ovšem uvádí studie, kde je to propočítané“ - nevím jak jste na to přišel. Hned v úvodu jsem uvedl, že spotřeba 53 Twh je převzata ze studie-zřejmě pro účely průmyslu, dopravy, elektromobilů. Lokální zdroje pro domácnosti v tom nejsou započítány. “... roční průběh – špatné předpoklady“ je pravda, průměrná rychlost větru v zimě je o 1,5 až 2 m/s vyšší. Toto není konečné číslo. Já mohu nasimulovat, jak se bude systém chovat při různé rozdílnosti větru v létě a v zimě, při anticykloně nad střední Evropou (bezvětří), při vychřici 30 m/s. A co když to bude v některém roce obráceně? A Vy to nechcete vědět? Ve studii se připouští produkci max.6 Twh, v modelu je zavedena produkce 8,5 Twh za rok (ve studii jsou nejednoznačné údaje) a to zimní zvýšení může ten rozdíl nahradit, pakliže nebude zvýšení jarní atd. Velice důležitý je ten souběh VTE zejména s FV – buď oba produkují, nebo žádný neprodukuje, nebo každý trochu a co to udělá se ES, vy to nechcete vědět? Bohužel nemůžeme zůstat potmě. Počítáte s tím, že se elektřina doveze – to je ale hlavní motiv modelu ES, import nebo export, jen ne otázka, jestli s tím bude možné natrvalo počítat. “-v modelu počítate s tim, ze jsou vsichni uplne hloupi.“ To rozhodně ne.Jen zopakuji, jak to v daných podmínkách probíhá-. Čerpání do PVE se spouští v současných podmínkách každý den od 0 hod. do 5 hod. A během dne se využívají kapacity k vyrovnání výkyvů v síti, pokud nestačí spouští se sekundární, terciární záloha. Metoda nejslabšího článku: Náš předpoklad je že je inverze, slunce nesvítí, vítr nefouká, biomasa poskytuje 2600 MW. Model předpokládá, že jsou 1. ledna PVE naplněny.Právě s tímto musíme počítat. Je podrobně sledován měsíc leden: V pondělí 1. ledna v 01 hod. bylo zatížení sítě 5965 MW, okam.výk. zdroje 3362 MW, zapnuty všechny zdroje PVE 1133 MW, nestačilo to, zapnut regulační výkon PPE+Smart Grid 978 MW, ještě to nestačilo, proto zapnut regulační import 491 MW. Podobně to pokračovalo do 6 hod.V 6 hod. Stoupla spotřeba na hodnotu 7200 MW, vnitřní zálohy nestačily, import stoupl na 2020 MW v 11 hod se vyčerpaly PVE a zvýšil se import až do 21. hod. v rozmezí regulačního výkonu 2000 až 3000 MW podle křivky spotřeby. Jenomže regulační výkon z importu stačil na udržení rovnováhy produkce a spotřeby a deficit pokračuje i přes půlnoc, kdy by se mělo přečerpávat a na to není energie, protože spotřeba je větší než produkce (mohu dodat spotřebu po hodinách) a PVE nemají energii na načerpání. Tento stav trvá tolik dnů kolik trvá uvedené počasí. Pak se v případě přebytku začínají načerpávat PVE. “-Co se týče různých "problému" ohledně"stability", ty jsou většinou v případě potřeby snadno řešitelné“. - Ubezpečuji Vás, že jsou tyto problémy velmi obtížně řešitelné. - v současné době je povinnost veškerou energii z OZE odebrat i za cenu utlumení fosilních zdrojů a když to nelze, tak to pustit do sousední sítě např. německé, pokud v daném okamžiku také nemá přebytek. Takto se přebytků zbavuje právě německá síť. Proto ve svém doporučení navrhuji řízení dodávky. To prozatím stačí. Pokud si tvůrci studie „Chytrá energie“ přijmou alespoň některé poznatky, tak můj příspěvek splnil svůj účel. Tento model je výchozí, nechají se nasimulovat různě zvolené stavy. |
