Slunce, měsíc a elektrárenští gepardi

V pátek 19. března mnozí zavzpomínali na hodiny astronomie, když sledovali, jak hodinu před polednem měsíc částečně zakryl slunce. Zajímavé a lehce nebezpečné divadlo to nebylo jen pro davy hledící do nebe (snad nikdo nevidí sluneční srpek na sítnici dodnes), ale i pro energetiky. Ve velké části Německa k zatmění došlo na azurovém nebi, takže tamní výroba elektřiny ze solárních panelů rychle poklesla. K žádným problémům nedošlo, přesto stojí za to se na situaci podívat podrobněji. 

Obavy při zatmění vzbuzoval razantní pokles výroby ze solárních panelů a její následný skokový nárůst. Němci mají nainstalováno přes 35 GW solárních panelů, tedy zhruba sedmnáct Temelínů. Odhadovalo se, že síť si bude muset mezi 10:00 a 11:00, kdy zatmění přibližně vrcholilo, poradit s poklesem o 10 GW. Následný nárůst měl být ještě vyšší, o celých 18 GW, protože zatmění končilo okolo pravého poledne. Z dostupných dat nelze zjistit, jak razantní propad nakonec byl. Částečné zatmění ale i tak demonstrovalo, jakým výkyvům bude čelit německá elektrická síť v budoucnu.

Vyšší rozkolísání elektrické sítě díky vyššímu podílu neflexibilních obnovitelných zdrojů není nic nového. Ovšem výkyvů bude přibývat – zatímco v roce 2013 měli Němci nainstalováno 35 GW solárních panelů a stejně větrníků, v roce 2030 by to podle zatím ne zcela zveřejněné studie Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik mohlo být 58 GW solárních panelů, 71 GW větrníků na souši a dalších 15 GW na moři. Pokud totiž v roce 2014 obnovitelné zdroje pokryly celkem čtvrtinu německé spotřeby elektřiny, v roce 2030 by to podle přání spolkové vlády měl být už dvojnásobek. Hlavní úloha v nárůstu přitom připadne nestabilnímu větru a slunci.

V roce 2014 se výroba ze solárních panelů změnila během jedné hodiny nanejvýš o 7 GW. Za patnáct let by to podle zmíněné studie mohlo být dobře přes 10 GW směrem dolů a směrem nahoru dokonce 15 GW. Podobně jako v onen pátek. Grafy uvedené níže simulují extrémní dny v roce 2030. Jasně vidíme, že celkový výkon neflexibilních „zelených“ elektráren nejvíce ovlivňují solární panely (celkovou změnu během jedné hodiny zobrazuje fialová křivka). To dobře ukazuje horní graf pro březnový čtvrtek, kdy vítr vane více méně rovnoměrně po celý den. K večeru tak může hodinový propad činit až 12 GW. Dolní simulace srpnového pátku demonstruje, co způsobí svítání doprovázené sílícím větrem. Výroba neflexibilních obnovitelných zdrojů může během jedné hodiny poskočit až o 15 GW, sedm a půl Temelínů.

Grafy – Německá elektrická síť v roce 2030

pramen: Die Sonnenfinsternis 2015: Vorschau auf das Stromsystem 2030, Agora-Energiewende, březen 2015

Chce to gepardy

Nárůst obnovitelných zdrojů elektřiny podstatně změní nároky na ostatní, zejména konvenční zdroje. V roce 2013 musely svůj výkon zvýšit nebo snížit o více než 5 GW během jedné hodiny 250-krát. V roce 2030 to bude již 800-krát, v průměru tedy více než dvakrát denně. Energetika budoucnosti bude proto potřebovat dostatek odpovídajících flexibilních zdrojů. Místo těžkých nosorožců, kteří jsou sice schopni dlouho běžet, ale činí jim problém se rychle rozběhnout případně zastavit, to bude chtít mrštné gepardy.

Jedním takovým gepardem jsou nepochybně plynové turbíny, které ze studeného stavu dosáhnou plného výkonu za méně než pět minut a svůj výkon mohou během pěti minut snížit o 40 %.

O něco hůře na tom jsou paroplynové elektrárny, jimž náběh na plný výkon trvá čtyři hodiny a které jsou během pěti minut schopné svůj výkon změnit přibližně o desetinu. Energeticky jsou ale účinnější než plynové turbíny a stále jsou na tom lépe než uhelné elektrárny, o těch jaderných ani nemluvě. Mimochodem, všechny uvedené technologie mají potenciál být ještě flexibilnější – viz tabulka.

Tabulka – Flexibilita fosilních zdrojů elektřiny

- u prvních dvou kategorií vždy k 1000 MW

pramen: 12 Thesen zur Energiewende (2. vydání), Agora-Energiewende, únor 2013

Vhodné zdroje pro vyvážení výkyvů existují a další se mohou objevit. Otázka zní, kdo tyto gepardy postaví, případně zaplatí jejich další zeštíhlení. Při současném nastavení trhů se to totiž nevyplatí. Východisek existuje několik, například takzvané kapacitní trhy, které by provozovatelům flexibilních elektráren zajistily příjmy, aniž by jejich zdroje byly v provozu. Nastavení systému, který udrží flexibilní zdroje při životě, je jednou z výzev současné energetiky.