Strategické zmeny v riadení elektrizačných sústav

V dôsledku ambicióznych cieľov Európskej komisie, ktoré vznikli v kľúčových štátoch Európskej únie (EÚ), sa trendom poslednej doby stala problematika zavedenia Smart grids na všetkých úrovniach elektrizačnej sústavy naprieč všetkými členskými štátmi EÚ. Spolu s tým sa kladie dôraz na dosiahnutie cieľom 20-20-20 do roku 2020, t.j. znížiť emisie skleníkových plynov o 20 % oproti úrovni z roku 1990, zvýšiť podiel obnoviteľných zdrojov energie v celkovej spotrebe v EÚ na 20 % a zvýšiť energetickú účinnosť v Európe o 20 %. Vzhľadom k tomu, že tieto ciele spolu úzko súvisia, je potrebné hľadieť na zavedenie Smart grids v širokom kontexte, zvážiť klady a zápory, ktoré so sebou ich implementácia prináša na všetkých úrovniach elektrizačnej sústavy a premietnuť ich do energetickej politiky Českej republiky.

Spôsob implementácie Smart grids

Nedávny vývoj na poli Smart grids v EÚ sa nesie v znamení hodnotenia celoplošného zavedenia inteligentných meracích systémov na odberných miestach v jednotlivých členských štátoch EÚ, ako kľúčového kroku k celkovej implementácii Smart grids. V prípade pozitívneho vyhodnotenia celoplošného zavedenia inteligentných meracích systémov direktíva Európskej komisie č. 2009/72/EC zaväzuje členské štáty k ich nasadeniu na 80 % odberných miest do roku 2020. Hodnotením uskutočneným v Českej republike sa na základe realizovaných pilotných projektov ukázalo, že náklady spojené s celoplošným zavedením inteligentných meracích systémov na odberných miestach v ČR v značnej miere prevyšujú potenciálne prínosy. Hlavnými príčinami týchto – pre mnohých odborníkov Európskej komisie – prekvapivých výsledkov sú nielen v súčasnej dobe vysoké ceny inteligentných elektromerov a s nimi spojených systémov, ale v prípade ČR predovšetkým zavedený a funkčný systém hromadného diaľkového ovládania (tzv. HDO), vďaka ktorému sa dá efektívne presúvať časť odberov z dôb špičiek zaťaženia elektrizačnej sústavy do časov dňa s nižším zaťažením. Implementáciu v budúcnosti nevyhnutného globálneho trendu zavedenia inteligentných meracích systémov sa tým ČR nevyhne, avšak oddialenie ich celoplošného nasadenia na odberných miestach o niekoľko rokov bude predstavovať značné úspory, keďže ruka v ruke so súčasnou energetickou politikou Európy, ale aj ďalších rozvinutých krajín sveta, klesnú zriaďovacie náklady s masívnym nasadením inteligentných meracích systémov pri zachovaní potenciálnych prínosov, čím sa postupom času dostane aj ČR do bodu, keď potenciálne prínosy prevážia implementačné náklady.

Riadenie distribučných sústav

Zatiaľ čo v posledných rokoch sa Európska komisia sústredí prevažne na zavedenie inteligentných meracích systémov na odberných miestach, o poznanie menšia pozornosť sa venuje ďalším kľúčovým úrovniam zavádzania  Smart grids v elektrizačnej sústave. S enormnou politikou rozvoja obnoviteľných zdrojov energie a kombinovanej výroby elektriny a tepla si ďaleko väčšiu pozornosť zaslúžia distribučné sústavy, keďže práve tam začínajú naberať na význame problémy, ktoré do budúcnosti budú ešte silnieť. V prvom rade sa v dôsledku výstavby obrovských veterných parkov nielen v Nemecku začínajú „prelievať“ komplikácie s riadením elektrizačných sústav z prenosových sústav do distribučných a v ďalšom rade enormná výstavba decentralizovaných obnoviteľných zdrojov energie a kogeneračných jednotiek, pripojených vo väčšine prípadov do distribučnej sústavy, kladie na riadenie distribučných sústav ďaleko vyššie nároky. Hoci donedávna toky v elektrizačnej sústave mali predovšetkým vertikálny charakter smerom od významných zdrojov cez prenosovú sústavu do distribučných sústav k spotrebiteľom, v dôsledku vývoja politiky poslednej doby k týmto vertikálnym tokom pribúdajú a v nemalej miere ešte pribudnú horizontálne toky v distribučných sústavách, s ktorými sa však pri ich návrhu až do takej miery nepočítalo.

V praxi sa začína ukazovať, že niektoré vedenia distribučných sústav sa v dobe najväčšieho zaťaženia elektrizačnej sústavy dostávajú na hranicu svojej prenosovej kapacity a mnohé distribučné vedenia sa blížia svojim prenosovým limitom. Aby sa v budúcnosti predišlo výpadkom v elektrizačnej sústave, nedodržania kvality elektriny a ďalších kľúčových ukazovateľov, je dôležité vybudovať inteligentné distribučné sústavy, ktoré budú tvoriť jeden z náročnejších prvkov celého systému Smart grids. Podobne ako je tomu na úrovni prenosovej sústavy, kde jednotlivé významné elektrárne a prenosové vedenia sú vybavené technológiami pre smart riadenie v reálnom čase, s implementáciou súčasnej energetickej politiky ČR respektíve EÚ – vo svojom dôsledku silne podporujúcu decentralizovanú výrobu na úrovni distribučných sietí – je ekonomicky potrebné rozšíriť distribučné sústavy rovnako o smart prvky pre ich inteligentné riadenie v reálnom čase.

Na obrázku č. 1 je vidieť rozdelenie inštalovaného výkonu v ČR podľa typu elektrární –  v súčasnej dobe je podiel inštalovaného výkonu v distribučných sústavách takmer totožný s podielom inštalovaného výkonu v prenosovej sústave.

Minimalizácia nákladov

Vďaka implementácii Smart Grids na úrovni distribučných sústav bude možné sledovať a riadiť toky v jednotlivých distribučných vedeniach, optimalizovať výrobu v decentralizovaných zdrojoch energie, ktoré sú z veľkej časti už vybavené smart systémami pre riadenie v reálnom čase a pomocou HDO a ďalších smart prvkov riadiť spotrebu. Tento systém okrem iného umožní minimalizovať toky elektriny v distribučných sústavách a zabezpečí, že elektrina sa spotrebuje čo najbližšie miestu decentralizovanej výroby, čím sa znížia nielen straty v transformácii a doprave elektriny, ktoré sú na distribučnej úrovni najvyššie, ale tiež investičné náklady nevyhnutné na príliš extenzívne posilnenie distribučných kapacít. Navyše v prípade nielen vonkajších distribučných vedení je posilnenie ich kapacít ťažko uskutočniteľné, pretože nie vždy môže byť realizované inštaláciou vodičov s väčším prierezom a je potrebné inštalovať ďalšie vedenia, čo však znamená v praxi často nerealizovateľné rozšírenie ich ochranných pásiem.

Potenciál Smart grids

Inteligentné siete ponúkajú široké možnosti a nástroje ako v každom okamihu reagovať na rozloženie výrobných a spotrebných kapacít. Avšak ich plný potenciál bude možné využiť najskôr v momente, keď príde k plnej implementácii Smart grids od výrobcov, cez prenosovú sústavu, distribučné sústavy až po odberateľov.

Kľúčovou podstatou a prínosom konceptu Smart grids je schopnosť presného prehľadu o tokoch elektriny vo všetkých miestach elektrizačnej sústavy, na základe čoho ju bude možné efektívne riadiť nielen z pohľadu prevádzkových nákladov, ale rovnako tak z pohľadu investičných nákladov.

Vplyv obnoviteľných zdrojov energie

Spoločným atribútom významnej časti obnoviteľných zdrojov energie je veľmi komplikovaná predikcia ich dodávok elektriny, čo sa v poslednom čase veľmi negatívne prejavuje v celej elektrizačnej sústave nielen z pohľadu obmedzených kapacít prenosu a distribúcie  elektriny vyrobenej v mnohých nepredikovateľných zdrojoch, ale aj z pohľadu udržania neustálej rovnováhy medzi okamžitou výrobou a spotrebou elektriny. Ako vidieť v tabuľke č. 1, množstvo elektriny obchodovanej na vyrovnávacom trhu s regulačnou energiou, kde prevádzkovateľ prenosovej sústavy obstaráva elektrinu za účelom riešenia stavu rovnováhy medzi zmluvne zabezpečenými a skutočne realizovanými dodávkami a odbermi elektriny v elektrizačnej sústave, sa v priebehu posledných rokov znásobil. Podobný vývoj zaznamenali všetky organizované krátkodobé trhy s elektrinou.

TABUĽKA: Množstvo obchodovanej elektriny na vyrovnávacom trhu s regulačnou energiou

Existujúci model predpokladá riadenie a vysporiadanie odchýlok medzi skutočnou výrobou a spotrebou z jedného centrálneho miesta s rovnakou cenou pre všetky zúčastnené subjekty v danej elektrizačnej sústave. Vzhľadom k tomu, že časová súvislosť diagramov výroby a spotreby sa v dôsledku vývoja energetickej politiky posledných rokov výrazne odchýlila od pôvodného stavu, v ktorom sa budovali energetické sústavy prakticky všetkých rozvinutých krajín sveta, je dôležité prebiehajúci vývoj rovnako premietnuť do modelu riadenia elektrizačnej sústavy. Iba tak bude možné využitie všetkých nástrojov a synergií, ktoré koncept Smart grids ponúka.

Efektívne riadenie elektrizačných sústav

Budúci model riadenia elektrizačnej sústavy je ďalej potrebné prostredníctvom možností a nástrojov Smart grids prispôsobiť periodicky meniacej sa užitočnej hodnote elektriny, ktorá je najvyššia v čase špičkového zaťaženia elektrizačnej sústavy a najnižšia v dobe minimálneho zaťaženia. Vplyvom rozvoja decentralizovaných zdrojov energie sa navyše otvárajú nožnice medzi okamžitou hodnotou elektriny v rôznych častiach elektrizačnej sústavy resp. v jednotlivých distribučných sústavách. Nielen k minimalizácii strát v transformácii, prenose a distribúcii, ale k celkovému efektívnemu riadeniu elektrizačnej sústavy bude nevyhnutné, aby sa cena elektriny v jej rôznych častiach dynamicky menila podľa reálneho rozloženia výrobných a spotrebných kapacít. Reč tu nie je len o jednej či dvoch tarifách – vo svojej dobe nadčasovom, avšak v dnešnej dobe konceptom starým niekoľko desaťročí – ale o škále taríf, ktorá postupne prejde do tzv. dynamickej tarify, ktorá reflektuje okamžitú úžitkovú hodnotu elektriny v danej distribučnej sústave alebo jej časti. Spolu s tým je dôležité prispôsobiť budúci model riadenia elektrizačnej sústavy potenciálu možností a nástrojov obchodníka s elektrinou, keďže v momente, keď bude mať prehľad o bilancii výroby a spotreby elektriny subjektov vo svojom portfóliu v reálnom čase, sa bude okamžitá hodnota elektriny každého obchodníka meniť podľa veľkosti a smeru odchýlky medzi zmluvne zabezpečenými a skutočne realizovateľnými dodávkami a odbermi elektriny v rámci jeho portfólia.

Zhodnotenie a záver

Smart grids ponúkajú celú radu možností, ktoré predstavujú významnú evolúciu, a v niektorých smeroch dokonca revolúciu, v stratégii riadenia elektrizačných sústav. K udržateľnému rozvoju v podmienkach liberalizovaných trhov s elektrinou je však potrebné zvoliť si taký spôsob zavádzania Smart grids, ktorý bude efektívny a zároveň bude zohľadňovať podmienky v jednotlivých členských štátoch EÚ. Celoplošné zavedenie inteligentných meracích systémov na odberných miestach v členských štátoch EÚ sa v dôsledku energetickej politiky Európskej komisie považuje za kľúčový krok k celkovej implementácii Smart grids, avšak v podmienkach trhu s elektrinou v ČR je ekonomicky potrebné, aby mu predchádzalo zavedenie Smart grids na vyšších úrovniach distribučných sústav.

V krajinách, kde už došlo k celoplošnému nasadeniu inteligentných meracích systémov na odberných miestach, boli hlavnými stimulmi vysoké percento netechnických strát, absencia systémov riadenia odberu elektrickej energie a ďalšie podmienky , ktoré z veľkej časti nie sú poplatné ČR. Ďalším problémom súčasného zavedenia inteligentných meracích systémov na odberných miestach respektíve  inteligentných elektromerov, je rýchly technologický vývoj na tomto poli, keď technológie použité v krajinách, kde už došlo k ich celoplošnej implementácii, sú síce niekoľko rokov staré, ale z dnešného pohľadu v mnohom zaostávajú za možnosťami najmodernejších systémov. Keďže podobný rapídny technologický vývoj sa dá – s masívnym nasadením inteligentných meracích systémov v krajinách EÚ – očakávať aj v ďalších rokoch,  tak i z tohto pohľadu je pre Českú republiku ekonomicky efektívne počkať s implementáciou Smart grids na úrovni odberných miest ako na posledný krok celého reťazce implementácie Smart grids v elektrizačnej sústave a namiesto toho pristúpiť k zavedeniu Smart grids na vyšších úrovniach distribučných sústav.

O autorovi

Ing. Bc. Milan Kloubec vyštudoval ČVUT v Prahe, Fakultu elektrotechnickú a VŠE v Prahe, Fakultu podnikohospodársku. Ďalej študoval na VŠ VitusBering v Dánsku, Petrohradskej polytechnickej univerzite v Rusku, univerzite ITESM v Mexiku, Université de Montreál a univerzite McGill v Kanade. V súčasnosti dokončuje doktorandské štúdium na ČVUT FEL v Prahe, kde je okrem iného riešiteľom grantu „Inteligentní měřící systémy a jejich nasazení v podmínkách ČR“. V rámci projektu WPP AMM riadil za AZ Elektrostav, a.s., úpravy infraštruktúry pre Smart grids. Spolu s ďalšími spolupracovníkmi navrhol a realizoval najrôznejšie riešenia pre inštaláciu Smart grids technológií do existujúcich zariadení distribučných sústav a rovnako prišli s riešením pre ich implementáciu do nových typov zariadení DS. Spolu s tým sa podieľajú na zefektívnení procesov úprav infraštruktúry pre Smart grids.

Text vyšiel v českom jazyku v magazíne ENERGETIKA č. 1/2013.

Publikujeme so súhlasom magazínu.

© energia.sk

Zdroj: Milan Kloubec/časopis ENERGETIKA

K téme