Variabilita výroby slnečnej elektriny je výzva, nie neriešiteľný problém

Variabilita a nepredvídateľnosť niektorých obnoviteľných zdrojov vrátane fotovoltiky sa označuje ako slabé miesto solárnych elektrární. Ako to vidíte vy?

Variabilita nie je problém, je to prirodzená vlastnosť tohto spôsobu výroby elektriny, ktorú treba len lepšie spoznať a naučiť sa ju manažovať. Výroba elektriny zo slnka je daná podmienkami astronomickými a geografickými, pričom existuje viacero spôsobov, ktorými môžeme prispôsobiť energetické systémy, aby sa s variabilitou vedeli lepšie vysporiadať. Konkrétne ide o predpovedanie výroby elektrickej energie, krátkodobé uskladňovanie elektriny do batérií a posilnenie medzištátnych prenosov elektriny.

Predpovedanie výroby na najbližšie hodiny až dni pomáha pripraviť sa na to, čo prichádza. Batéria je zase technické zariadenie, ktoré umožňuje krátkodobo uskladniť alebo vydať energiu, a tak znížiť vplyv variability na elektrickú sústavu. Prenos elektriny v rámci Európskeho priestoru umožňuje riešiť regionálne rozdiely medzi výrobou a dopytom.

Rozlišujeme viacero typov variability. Prvou je veľmi krátkodobá variabilita, ktorá je daná oblačnosťou a k zmene výroby dochádza typicky v priebehu pár minút až hodín. Potom rozlišujeme variabilitu v rámci dní – v jeden deň môže prevládať zamračené počasie, nasledujúci zase slnečné, potom polooblačno. Napokon rozlišujeme ešte sezónnu variabilitu, vieme, že v lete máme viac slnečného žiarenia než v zime.

Ak vieme ako sa bude vyvíjať počasie, môžeme sa naň pripraviť – napríklad s príchodom oblačnosti vieme vopred zaistiť doplnkové zdroje alebo nákup elektriny. S príchodom slnečného počasia vieme prípadné prebytky elektriny uskladniť alebo predať tam kde chýba. Batérie v elektroenergetike dnes nie sú na Slovensku bežný jav, ale stanú sa. Tak ako všade na svete.

Ako sa spomínané predikcie využívajú v praxi?

Predpovedanie počasia je v súčasnosti úplne bežné aj v energetike, podniky tento nástroj používajú pri manažmente výroby a dopytu, či už na úrovni distribúcie alebo prenosu. Predpovedanie výroby slnečnej elektriny sa tiež začalo využívať. Dôležité je vedieť predpovede správne vyhodnotiť a zužitkovať. Ak vieme, čo sa bude diať o 10 minút, o hodinu alebo za pol dňa, môžeme sa na to pripraviť a urobiť rozhodnutia, či už technického charakteru (aké systémy budú spustené) alebo ekonomické (či nakúpim alebo ponúknem energiu na trhu).

Neviem do akej miery na Slovensku prevádzkovatelia sústav predpovede výroby elektriny zo slnečných elektrární používajú. Prvé roky sa argumentovalo, že Slovensko si nemôže dovoliť veľké kapacity, pretože by to sieť nezvládla. Skúsenosti z fotovoltiky už máme skoro sedem rokov, ale doposiaľ sme sa v tejto téme v rámci verejnej diskusie príliš neposunuli.

Od decembra 2013 platí u nás tzv. stop stav, t.j. trojica distribučných spoločností nepripája zdroje s inštalovaným výkonom nad 10 kW, čo zdôvodňujú technickými problémami. Sú alebo nie sú prezentované obavy o bezpečnosť sietí oprávnené?

Skúsenosť z okolitých krajín, napr. z Nemecka alebo Talianska, ukazuje, že sústavy dokážu zvládnuť oveľa väčšie výrobné kapacity OZE (obnoviteľných zdrojov energie) ako máme na Slovensku. Potenciál na využívanie obnoviteľných zdrojov energie, vrátane slnečnej, je na Slovensku mnohonásobne väčší ako sa uvádza. Nové možnosti sa otvárajú vďaka batériám, ktorými možno krátkodobo uskladňovať časť vyrobenej energie. Otvárajú sa nové príležitosti s využívaním elektrických áut, ktoré sú vlastne jazdiace batérie.

Na Slovensku prevláda konzervativizmus, ktorý je ale možné prekonať odbornými argumentmi, podloženými kvalitnými štúdiami. Už veľakrát sme počuli, že tieto štúdie sa pripravujú, o nových zisteniach sme sa však nedozvedeli. Prevládajú diskusie na povrchnej úrovni, opierajúce sa o zastarané argumenty. Slovensko potrebuje strategické energetické štúdie využitia obnoviteľných zdrojov energie, ktoré majú byť odborne konzultované a pretavené do dlhodobej vízie. Variabilita výroby elektriny je v elektronergetike pomerne nový fenomén, ale je možné nájsť riešenia na základe simulácií a zhodnotenia scenárov.

Prepojením poznatkov z rôznych oblastí dokážeme zlepšiť infraštruktúru a pretransformovať energetický systém tak, aby sme vedeli zmanažovať oveľa väčšie výkony OZE a zaviesť elektromobilitu. Je to dlhodobý proces a treba s ním začať čo najskôr.

Aký potenciál pre fotovoltiku je na Slovensku?

Určite niekoľkokrát väčší ako dnes, pri malých dodatočných nákladoch. Dnes na Slovensku prevádzkujeme približne 600 MW fotovoltických elektrární, pričom podiel slnečnej elektriny na ročnej spotrebe je okolo 2%.

Limitným faktorom rozvoja v budúcnosti môže byť mnoho zdrojov v energetickej sústave, ktoré majú malú flexibilitu. Napríklad u jadrových elektrární je možnosť modulácie výkonu obmedzená, a tým aj ich schopnosť prispôsobiť sa aktuálnemu dopytu po elektrickej energii. Vo všetkých scenároch rozvoja treba pozornosť venovať posilneniu možností prenášať elektrinu a obchodovať s ňou v medzinárodnom kontexte za konkurenčné ceny.

Nedokážem presne povedať, koľko elektriny zo slnka je slovenská sústava schopná absorbovať, ale určite je to niekoľkokrát viac než dnes. Trvajúci stop stav nie je dokladovaný objektívnymi argumentmi.

Aké výzvy vnímate na strane prevádzkovateľov sústav?

Žijeme v období, kedy sa zásadne menia technológie a zároveň možnosti, ako bude vyzerať energetická sieť budúcnosti. Pred viac ako sto rokmi sme zaviedli uhlie a začali budovať elektroenergetiku. Pred 50 – 60 rokmi sme prešli na energiu z jadra. Toto boli zmeny ktoré vyžadovali obrovské investície do poznatkov a technológií. Dnes žijeme v období, kedy do hry vstupujú decentralizované systémy, ktoré dokážu vyrábať elektrinu rozptýlene a tam kde treba, tieto sú podporované možnosťami uskladňovania a inteligentnej spotreby.

Sme na začiatku novej koncepcie energetického systému, do ktorého je potrebné integrovať lokálne a  variabilné zdroje, napríklad fotovoltiku, ale tiež vietor, malé vodné elektrárne alebo biomasu. Systém bude mať oveľa viac možností ukladať energiu, či už v batériách, na úrovni budov, v elektromobiloch alebo vodných elektrárňach.

Dnes máme systémy riadenia sietí postavené na princípe existencie niekoľkých veľkých zdrojov výroby a jednosmerného toku energie do rozptýlenej spotreby. Dizajn moderných sietí musí byť pripravený na rozptýlenú spotrebu ale aj výrobu a na obojstranné toky energie v sústavách.

Energetický systém sa zásadne mení v tom, že narastá počet menších výrobcov. Najmä fotovoltika spôsobuje, že máme mnoho spotrebiteľov, ktorí sú súčasne aj výrobcami. V angličtine sa v tomto kontexte zaviedol pojem „prosumer“, ktorý vznikol z kombinácie slov „producer“ a „consumer „.  Na nové procesy v elektroenegetike treba reagovať razantnejším rozvojom legislatívy a modelov obchodovania, ktoré majú umožniť jednotlivcom a firmám elektrinu konzumovať, ale ju aj dodávať za férových a ekonomicky racionálnych podmienok.

Na Slovensku už máme tisíce výrobcov elektriny, o chvíľku ich budú desaťtisíce. Súčasný program Zelená domácnostiam čiastočne podporuje investície do OZE, je však dostupný len časti záujemcov a má obmedzenú platnosť. Je potrebné zaviesť systémové pravidlá na dlhší časový horizont, ktoré umožnia efektívne zhodnocovať investície do OZE všetkým záujemcom. Slnečná energetika sa stala komerčne zaujímavým zdrojom energie vo svete, a aj na Slovensku má v mnohých aplikáciách konkurenčné výhody.

Hovorí sa o virtuálnych elektrárňach a agregátoroch ako nových medzičlánkoch, ktoré zaručia, že v určitej chvíli bude k dispozícii určitý dopyt alebo ponuka

Trh s elektrinou z OZE sa rozvíja. Malý výrobca však nemôže efektívne fungovať na energetickom trhu. Lepšie je podchytiť distribuované toky energie a finančné transakcie subjektmi, ktoré dokážu manažovať väčšie množstvo distribuovaných systémov vo forme tzv. virtuálnych elektrární. Takéto firmy potom vystupujú na trhu ako agregovaný dodávateľ energie.

Ekonomická scéna potrebuje akýsi medzistupeň, ktorý pritom môže mať podobu len obchodníka. Takéto modely fungujú napríklad vo Veľkej Británii alebo USA, kde mnoho fotovoltických rezidenčných systémov nie je inštalovaných a spravovaných obyvateľmi domu, ale firmami spravujúci tisícky unifikovaných inštalácií na základe kontraktov.

Vaša spoločnosť pôsobí na mnohých zahraničných trhoch. Ako hodnotíte prístup k novým energetickým výzvam na Slovensku v porovnaní so zahraničím?

Na Slovensku je podpora inovácie a podnikateľského prostredia v energetike slabá. V decíznej sfére, ale aj v mnohých energetických spoločnostiach prevládajú tradičné názory na budúcnosť Slovenska, a rozvoju moderných technológií u nás nie je venovaná dostatočná pozornosť. Takýto prístup nám neumožňuje budovať moderné partnerské vzťahy na medzinárodnej energetickej scéne a vzďaľujeme sa trendom.

Zaujímavé je sledovať postoj distribučných spoločností. Najkonzervatívnejšia je Stredoslovenská energetika – Distribúcia, ktorá napríklad vo svojich zmluvných podmienkach zakazuje malým výrobcom do 10 kW dodávať slnečnú elektrinu do siete. Ak to výrobca nedodrží, riskuje postih. Takýto prístup je neférový a je obštrukciou rozvoja. Otvorenejší prístup vnímam zo strany Východoslovenskej distribučnej zo skupiny Innogy, ktorá predložila modernú víziu a ochotu meniť príležitosti na nové riešenia. Podobné náznaky vidieť aj v Západoslovenskej distribučnej.

Spomínali ste krátkodobé skladovanie elektriny v akumulátoroch. Podľa viacerých štúdií je ale skladovanie elektriny v prečerpávacích vodných elektrárňach ekonomicky výhodnejšou cestou

Je to tak, vodná energia je stále najlacnejší spôsob, ale nie je to odpoveď na všetko. Nórsko si môže dovoliť používať elektrickú energiu aj na u nás nemysliteľné veci, ako je vyhrievanie chodníkov, pretože majú lacnú hydroenergiu.

Problém je, že lokalít, ktoré by umožnili vybudovať prietokové alebo prečerpávacie hydroelektrárne u nás nie je veľa. Vodné elektrárne reagujú na prebytok vo väčšom rozsahu a vedia akumulovať energiu rádovo v hodinách alebo dňoch. Neriešia však problém minútovej variability. Na to sú vhodné batérie, alebo elektrotechnické zariadenia. Najlepším spôsobom ako sa vysporiadať s krátkodobou variabilitou je geografická diverzifikácia, ktorú Slovensko má. Máme elektrárne rozptýlené po celej krajine. To znamená, že ak je zvýšená oblačnosť v jednej lokalite, o 20 kilometrov môže byť slnečno, takže variabilita krátkodobá sa dá ľahko znížiť optimálnym geografickým rozložením slnečných elektrární.

V Nemecku mali v decembri veľký problém so sezónnou variabilitou OZE, keďže viacero dní bolo takmer na celom území zamračené a výroba elektriny zo slnečných zdrojov bola minimálna. Ako sa vyrovnať s takýmito sezónnymi výkyvmi v regióne strednej Európy?

Ak chceme riešiť problém efektívne, nemôžeme sa spoliehať len na vlastné zdroje, ale v dialógu s okolitými krajinami musíme budovať medzištátne prenosové siete. Európske inštitúcie a asociácie prevádzkovateľov sietí sa boria s problémom budovania cezhraničných kapacít prenosových sústav.

Zatiaľ tento proces prebieha veľmi pomaly. Ak sa nám podarí posilniť prenosové kapacity, situácia so zvýšenou a dlhodobou oblačnosťou v časti Európy sa dá riešiť dodávkami slnečnej alebo veternej energie z iných krajín. Takto to funguje v severnej Európe. Dánsko je prepojené na Nórsko, Švédsko a Nemecko. Ak dôjde k prebytku výroby z vetra, táto elektrina sa prenáša ďalej napríklad do Nórska, ktoré má množstvo vodných elektrární. Dynamicky tak dokáže manažovať výrobu elektriny a znížiť v takomto prípade domácu výrobu z vody.

Variabilita výroby slnečnej elektriny je výzva, nie je to neriešiteľný problém. Technické riešenia existujú, je však treba sa dohodnúť aj na nových biznis modeloch. OZE sa stali reálnou alternatívou, a štatistiky ukazujú, že najdynamickejšie rozvíjajúcimi výrobnými zdrojmi v Európe sú slnko, vietor a plyn.

Spomínané problémy sú logické, avšak máme príležitosť oveľa lacnejšie a efektívnejšie vyrábať ale aj spotrebúvať energie. Výzvy, ktoré prichádzajú, nám dávajú možnosť inovovať, prijímať nové technické riešenia, ekonomické modely a legislatívu.

V 60. rokoch tiež legislatíva nevedela, čo je jadrová energetika. A trvalo niekoľko desaťročí, kým sa podchytili všetky oblasti, do ktorých zasiahla. U nás nie je dostatočná politická vôľa ani atmosféra v spoločnosti posunúť sa v OZE vpred. Ale čím viac otáľame, tým väčšiu šancu dávame iným, aby si vytvorili konkurenčnú výhodu a profitovali. Máme dosť vlastných zdrojov a schopných ľudí,  tak s týmto potenciálom neplytvajme.

Marcel Šúri je výkonný riaditeľ spoločnosti Solargis, ktorá poskytuje vlastné meteorologické údaje, softvérové riešenia a konzultačné služby pre budovanie, financovanie, sledovanie prevádzky a predikciu výroby slnečných elektrární v 90 krajinách sveta.

Rozhovor bol autorizovaný.

© Text a foto: energia.sk

K téme