Téma: ENERGIE – Virtuální elektrárny a chytré sítě

Téma: ENERGIE – Virtuální elektrárny a chytré sítě

Wed Mar 01 15:00:45 CET 2017

Vzájemná symbióza tradičních výrobců a „virtuálních“ jednotek, které lze propojit, může doslova změnit svět, ve kterém žijeme. Podobně jako v případě skladování energie jsou totiž důležité i její spolehlivé dodávky. Jednou z vizí Evropské komise je v souvislosti s liberalizací trhu s elektrickými energiemi rozvoj decentralizovaných elektrických sítí, jež energii čerpají z různých, převážně obnovitelných zdrojů. Výzkumem se zabývají experti z Akademie věd ČR v rámci Strategie AV21. 

Obnovitelné zdroje energie jsou fenoménem posledních dekád. Výhodu mají především v tom, že nezatěžují životní prostředí spotřebou fosilních paliv. Mají ale také nevýhody? Hlavní překážkou je, že nejsou koncentrované na jednom místě a v současnosti do sítě dodávají nepříliš velké množství elektřiny. Řešením jsou tzv. smart grids neboli inteligentní sítě.

 


Energetická soběstačnost patří mezi nejdůležitější výzvy, jimž budou společnosti v následujících desetiletích čelit. Současné dominantní zdroje energie totiž nejsou trvalým řešením, a tak musíme nejen hledat zdroje nové, ale přitom i zdokonalovat přeměnu, skladování i spolehlivé dodávky energie. (Zdroj: Europa.eu)

 

Uveďme příklad. Virtuální elektrárny soustředíme dohromady tak, že seskupíme elektrárny sluneční, větrné, vodní a také plynové či bioplynové a integrujeme je do elektrické soustavy prostřednictvím inteligentních sítí. Při výpadku některé z nich (například, když nebude svítit slunce či foukat vítr) pokryjí výrobu zbylé jednotky. Zajistíme tak rovnováhu mezi výrobou a spotřebou, v důsledku čehož zlepšíme ochranu životního prostředí. Podle odhadů lze díky systému chytrých sítí ušetřit až několik procent, v ideálním případě až 20 % energie.

V představách, jak bude vypadat blízká budoucnost, však můžeme jít ještě o krok dál. Takovou malou elektrárnou mohou být dokonce i jednotlivé domácnosti! Jak je to možné? Energie, která zbyde v jednom domě, se totiž přesune do jiných domácností, a tak je celé město vlastně velkou elektrárnou, propojenou virtuálními elektrárnami a chytrými sítěmi.


Větrné elektrárny se v České republice začaly prosazovat v roce 2002, kdy se zvedly výkupní ceny elektřiny vyráběné z tohoto obnovitelného zdroje. (Zdroj: Pixabay)

 

Rozvoj chytrých sítí a decentralizovaného řízení představuje podle Nezávislé energetické komise jednu z priorit energetického výzkumu v České republice. Inteligentní přenos energie v elektroenergetických soustavách bude souviset právě s rozvojem těchto inovativních technologií.

Tyto technologie umožní v roli „hlídacích psů“ mj. řídit výrobu a spotřebu elektrické energie v reálném čase. Chytré sítě tak budou umět reagovat na hrozící přetížení a přesměrovat toky elektřiny, aby zamezily případným výpadkům. Nová technologie bude k užitku rovněž běžným spotřebitelům: například spotřebiče v domácnosti bude možné zapojit, když cena elektřiny poklesne, a tím ušetřit.

Integrace decentralizovaných zdrojů do energetických soustav však přirozeně přináší technické problémy, na nichž v rámci programu Strategie AV21 Účinná přeměna a skladování energie pracují odborníci v Ústavu informatiky AV ČR a Ústavu fyziky atmosféry AV ČR.

Technické problémy můžeme rozdělit do následujících skupin: provozní varianty ustáleného chodu, regulace a predikce výroby a spotřeby elektrické energie, stabilita provozu energetické soustavy a její regulovatelnost, vliv zařízení na dynamiku soustavy.

V decentralizovaném energetickém systému bude klíčová komunikace mezi jednotlivými hráči, a tak bude třeba vybudovat stabilní komunikační sítě, které zajistí komunikaci mezi řídicím centrem, výrobci, distributory a odběrateli. Případné nezvládnutí ohromných datových toků a v důsledku toho celého systému by mohlo vést ke kolapsu.

Vrchlabí: město zítřka

V roce 2010 spustila Skupina ČEZ, se kterou Akademie věd ČR spolupracuje pod hlavičkou zmíněného programu Strategie AV21, testování chytrých sítí ve východočeském mikroregionu Vrchlabí.


(Zdroj: Freeimages)

Proč právě Vrchlabí? Pro testování chytrých sítí bylo příhodné, protože má vhodnou velikost, jsou zde obnovitelné zdroje energie i možnost vybudovat jednotky kombinované výroby elektřiny a tepla. Zároveň je v blízkosti Krkonošského národního parku, a je tak ideální, aby se daly zjistit ekologické přínosy projektu.

Systém chytré sítě měl ve Vrchlabí zajistit vhodnější poměr běžné elektřiny a energie z obnovitelných zdrojů, aby se lépe vyrovnával přebytek nebo naopak nedostatek elektřiny v síti. Dále neměly nastat dlouhodobější výpadky, což potvrdily zkušenosti z opakovaného přerušení dodávky elektřiny před Vánoci 2015. Výpadky byly díky chytrým sítím prakticky ihned vyřešeny.

Všechna odběrná místa (4600) byla také vybavena chytrými elektroměry, jejichž prostřednictvím mohli uživatelé získat přehled o vlastní spotřebě energie a údaje, kolik peněz v daném časovém úseku za elektřinu vydají.

Elektromobilita

Zvyšující se počet automobilů způsobuje problémy po celém světě. Nejen kvůli dopravním zácpám či parkování, ale především znečišťování ovzduší. Většina současných modelů totiž využívá pro svůj provoz benzinového či naftového spalovacího motoru. Právě emise ohrožují v městských aglomeracích životní prostředí a znepříjemňují život jejich obyvatel.


Energii pro nabití baterie jednoho elektromobilu dokázala loni Jaderná elektrárna Temelín vyrobit za desetinu vteřiny.
(Foto: Stanislava Kyselová, AV ČR)


Energii pro nabití baterie jednoho elektromobilu dokázala loni Jaderná elektrárna Temelín vyrobit za desetinu vteřiny. 
(Foto: Stanislava Kyselová, AV ČR)

 

Nejen z těchto důvodů, ale i kvůli snižujícím se zásobám ropy čelíme výzvě, jak tradiční automobily nahradit těmi, které využijí obnovitelných zdrojů. Jako perspektivní odvětví se jeví elektromobily – a to navzdory nevýhodám, jako jsou vysoká pořizovací cena, malý dojezd a omezená životnost baterií, časově náročné nabíjení a potřeba vybudovat síť dobíjecích stanic.

Zatímco v Česku představují elektromobily stále okrajovou záležitost, například v Norsku tvořily v roce 2016 téměř třetinu všech prodaných aut! Existuje předpoklad, že od roku 2025 by se v Norsku nemuselo prodat ani jedno auto se spalovacím motorem.

Elektromobilita zkrátka představuje jednu z aplikací, jež by měla přispět ke stabilitě a řízení elektrizační soustavy. Elektromobil (nebo též bateriové elektrické vozidlo) jako zdroj využívá akumulátor. Výhodou je, že v porovnání s klasickým automobilem umí lépe přeměňovat energii. V souvislosti s technologiemi chytrých sítí mohou elektromobily využít palivové články a akumulátory pro řízení elektrizační soustavy.

Elektromobil, který připojíme k nabíjecí stanici, lze použít i pro ukládání přebytečné elektrické energie a v případě jejího nedostatku v soustavě je schopen ji do sítě i dodávat. Podmínkou ale je, aby distributor nabídl odběratelům více tarifů. Tím bude zákazník motivován, aby se na řízení elektroenergetické soustavy také podílel.

 

Připravil:
Luděk Svoboda,
Odbor akademických médií SSČ AV ČR

Foto Karusel: Pixabay