O jednom poledni s 22 solárními Temelíny

V soboru 26. května dosáhl okamžitý výkon fotovoltaických elektráren v Německu 22 224 MWe. Zelení byli nadšeni netušíce, že je pouze dohání elektrotechnika.

Výkon odpovídající dvaadvaceti temelínským blokům bezpochyby dokladuje ohromný vzestup fotovoltaiky u našich západních sousedů v posledních deseti letech. Zvláště při zohlednění skutečnosti, že se vzhledem k nízkému zatížení německé elektrizační soustavy krátkodobě jednalo zhruba o 43% generovaného výkonu.

Zpráva proběhla německými a následně i českými zpravodajskými servery. V dnešní mediální době čte zprávy s běžným titulkem jenom málokdo, tak si redaktoři trochu vypomáhali „upoutávkami“ ve smyslu „slunce nahradilo dvacet jaderných elektráren“ či „slunce zajistilo téměř polovinu spotřeby Německa“. Dovolím si tyto informace trochu upřesnit a uvést do širších technických souvislostí.

Okamžitý výkon versus výroba a náhrada zdrojů
Uvedená hodnota 22 224 MWe odpovídá okamžitému výkonu fotovoltaických elektráren (FVE) v době výrobní špičky v poledních hodinách a za ideálních klimatických podmínek. Učitelé fyziky na ZŠ nás naučili, že množství vyrobené elektřiny závisí na výkonu zdroje a časovém intervalu, po který je zdroj s daným výkonem provozován. A právě limitovaná doba výroby je v případě FVE rozhodujícím parametrem. V klimatických podmínkách střední Evropy pracují FVE v průměru 900 hodin ročně s nominálním výkonem. Jaderné elektrárny (JE) pracují v průměru 7200 hodin ročně s nominálním výkonem, protože jsou provozně omezeny jen a pouze každoroční pravidelnou údržbou spojenou s výměnou části paliva. Z pohledu nahrazení stejného objemu výroby je tedy nutné 1 MWe v JE nahradit 8 MWe ve FVE, protože ve srovnání s JE pracují v průběhu roku pouze 1/8 času. Ergo roční výroba 22 000 MWe ve FVE odpovídá výrobě 2 750 MWe v JE. Tolik tedy malé upřesnění k „náhradě dvaceti jaderných elektráren“.

Rovněž tvrzení ve smyslu „zajištění téměř poloviny spotřeby Německa“ je vztaženo pouze k aktuálnímu výkonu FVE a zatížení soustavy, nikoliv k faktickému zastoupení výroby z tohoto zdroje na celkové spotřebě elektřiny, které v roce 2011 představovalo 3,5% (netto). Podíl na výrobě činil 3,1% (brutto). Odhad pro rok 2012 se pohybuje nad 4%.

Okamžitý výkon německých FVE v průběhu 26. května 2012 (Zdroj: EEX Lipsko)

A kde je ta elektrotechnika?
Reálná čísla z Německa dokládají jeden výrazně negativní aspekt výroby elektřiny ve FVE, tj. velmi nízkou roční výrobu, ovšem s velmi vysokým instalovaným výkonem, který může krátkodobě odpovídat až desítkám konvenčních bloků. S jistou nadsázkou lze použít přirovnání „velký orchestr, málo muziky“. Ovšem veškerá elektrotechnická infrastruktura musí být dimenzována podle výkonu. Pokud německé FVE mohou několik desítek hodin v roce dodávat 100% stávajícího instalovaného výkonu 25 000 MWe, musí být síťoví operátoři technicky schopni s tímto výkonem pracovat.

Kolísavá výroba versus regulace sítě
Vzhledem k proměnlivé výrobě nemohou solární a větrné elektrárny pracovat v soustavě samy, ale musí mít dostatečně „krytá záda“. Síťový operátor musí mít k dispozici regulační elektrárny, které jsou schopny v dostatečném výkonovém rozsahu a dostatečně rychle zvýšit výrobu při klimaticky podmíněném poklesu výkonu z FVE a naopak dostatečně rychle snižovat výrobu při náběhu výkonu FVE v průběhu slunného dne.

V souvislosti s FVE je ještě nutné upozornit, že se nejedná o jediný zdroj, který krátkodobě může dosahovat gigantických výkonů a na jehož zvládání musí síťoví operátoři disponovat dostatečnými regulačními kapacitami. Aktuální instalovaný výkon větrných elektráren (VtE) v Německu činí cca 30 000 MWe. Pokud se bavíme o poledních hodinách, tak například 3. ledna ve 12:00 dodávaly VtE cca 23 000 MWe.

Takže se vzrůstajícím celkovým instalovaným výkonem FVE a VtE se zvětšuje pásmo nestabilního generovaného výkonu. To samozřejmě vyžaduje posilování regulačních kapacit, které jsou zajišťovány převážně konvenčními bloky. Docházíme k paradoxnímu závěru, čím více FVE a VtE vybudujeme, tím více konvenčních regulačních bloků budeme potřebovat.

Svítí na semaforu opravdu zelená?
Ačkoliv jsou FVE z pohledu roční výroby v Německu marginálním zdrojem s výrobou 3,1%, stav z 26. května s jejich přechodným zastoupením na celkovém generovaném výkonu ve výši 43% signalizuje, že mohou velmi výrazně ovlivňovat stabilitu soustavy.

Mezní hodnoty okamžitého výkonu FVE a VtE, které mohou příslušní síťoví operátoři v celkem čtyřech regulačních zónách ještě zvládat bez nutnosti aktivace nouzových technických a organizačních opatření, znají pravděpodobně jen oni sami. Osobně se domnívám, že vzhledem k omezeným regulačním kapacitám se již příliš neliší od reálných hodnot z 26. května. Nicméně jsme teprve na počátku června, na konci srpna jistě budeme vědět víc.

Zásadní problém se však objeví při technickém rozboru velmi ambiciózních vizí, které počítají s budoucími přírůstky neřiditelných OZE v řádu dalších desítek tisíc MWe v průběhu pouhých několika let. Zde již můžeme jednoznačně konstatovat, že tento rozvoj je již za hranicí regulačních možností síťových operátorů, což je vedle nedostatečné síťové infrastruktury další nedořešený aspekt rozvoje OZE, na který odborná elektrotechnická veřejnost upozorňovala již před lety.

Zdroj