Dopady provozu větrných a fotovoltaických elektráren na elektrizační soustavu

Výkonovou bilanci elektrizační soustavy je zapotřebí regulovat tak, aby byla v každém okamžiku zachována rovnováha mezi výrobou a spotřebou elektrické energie.

Za vyrovnanou výkonovou bilanci elektrické energie v každém státě je odpovědný provozovatel přenosové soustavy a ne provozovatelé distribučních soustav. V případě České republiky je to společnost ČEPS.

Vyrovnaná výkonová bilance znamená, že v každém okamžiku je výroba elektrické energie na elektrárenských blocích regulována tak, aby odpovídala okamžité spotřebě. Jedině tak je možné udržet chod soustavy v bezpečných a spolehlivých limitech. Těmi základními jsou dodržení frekvence 50 Hz a nepřerušované dodávky elektřiny pro konečné zákazníky.

K regulaci výkonů se používají hlavně konvenční zdroje elektrické energie - bloky uhelných, vodních a plynových elektráren. ČEPS nakupuje záložní výkony, tzv. podpůrné služby, od výrobců - poskytovatelů na trhu, protože ze zákona nesmí vlastnit žádné zdroje elektrické energie. Liberalizace elektroenergetického trhu oddělila výrobu a dodávku od přenosu a distribuce do samostatných společností s jednoznačně vymezenými právy a povinnostmi danými licencí.

Obtížná predikce

Výroba elektrické energie z větrných a fotovoltaických elektráren je v důsledku silné závislosti na klimatických podmínkách na rozdíl od ostatních zdrojů obtížně předvídatelná. Přestože se kvalita predikčních modelů výroby z větru a částečně i ze solárních panelů zlepšila, je jejich vypovídající hodnota dosud omezená. Integrace větrných a fotovoltaických elektáren do elektroenergetické soustavy proto způsobuje nové neplánované odchylky.

Obtížná predikovatelnost a volatilita výroby elektřiny z větrné i sluneční energie zvyšuje nároky na rezervaci regulačního výkonu pro podpůrné služby. Důsledkem je pak nárůst nákladů a zdražování systémových služeb pro konečného zákazníka. Nárůst nákladů je úměrný velikosti instalovaného výkonu ve větrných a fotovoltaických elektrárnách připojeného do elektrizační soustavy bez ohledu na to, jestli jsou připojeny k distribuční nebo přenosové soustavě. Ze současných 193,5 MW větrných elektráren a cca 432,9 MW ve fotovoltaických elektrárnách (zdroj: měsíční zpráva ERÚ, leden 2010) by v roce 2011 měly dosáhnout hodnot zhruba 300 MW ve větrných a asi 1300 MW ve fotovoltaických.

Pokud je uplatňován princip priority výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů, jak jej vyžaduje směrnice Evropské komise i náš zákon o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie, musí v případě vysoké výroby ve větrných a fotovoltalických elektrárnách bloky konvenčních elektráren svoji výrobu potlačovat až po odpojování od soustavy a naopak v případě bezvětří a zatažené oblohy naopak nahradit nevýrobu z obnovitelných zdrojů.

Analýzy společnosti ČEPS ukazují, že již samotná integrace větrných elektráren v objemu nad 300 MW si vyžádá oproti současnému stavu významné navýšení potřeb podpůrných služeb, převážně v záporných regulacích. Jde o regulace sloužící pro snížení vyráběného elektrického výkonu, který není možné v soustavě v daný okamžik spotřebovat.

Do analýz potřeb podpůrných služeb ještě nebyly zahrnuty potřeby vlivem nárůstu fotovoltaických elektráren. Tempo nárůstu instalovaného výkonu ve fotovoltaických elektrárnách akcelerovalo až v letošním roce, proto se na těchto analýzách začalo pracovat až v posledních měsících.

Princip trhu s elektřinou v České republice

Velkoobchodní trh s elektřinou v České republice je založen na principu, kdy výrobci a velcí spotřebitelé energie jsou finančně motivováni dodržovat diagramy výroby a spotřeby prostřednictvím zúčtovacího systému operátora trhu s elektřinou a plynem (OTE). Pokud se od nich z jakékoliv příčiny odchýlí, hradí náklady, které svoji odchylkou vyvolají. Jako příklad lze uvést poruchový výpadek výroby z konvenčního zdroje. Jeho provozovateli je v takovém případě účtována cena za elektřinu, resp. regulační energii, kterou musí dodat ostatní výrobci - poskytovatelé podpůrných služeb za poruchově odpadlý výkon. Cena regulační energie je přirozeně vyšší než cena elektřiny vyráběné v souladu s plánem a smlouvami na dodávku elektřiny zákazníkům. Tento princip logicky motivuje výrobce i spotřebitele plánovat a dodržovat svůj diagram výroby nebo spotřeby a případnou odchylku maximálně eliminovat prostřednictvím tzv. autoregulace (zvýšení výkonu na jiných blocích subjektu, zajištění elektrické energie na vnitrodenním trhu apod.).

Avšak výrobci z větrných a fotovoltaických elektráren odpovědnost za odchylku, tj. rozdíl mezi predikcí a skutečnou výrobou elektrické energie, nemají. V režimu povinného výkupu, který volí v podstatě všichni výrobci z těchto zdrojů, je pak za jejich odchylku odpovědný provozovatel sítě, ke které jsou zdroje připojeny. Důsledkem je zdražování systémových služeb pro konečného zákazníka.

Nicméně i kdyby si výrobci z obnovitelných zdrojů volili jako režim podpory systém zelených bonusů a uplatňovali svoji elektřinu na trhu, mohli by buď sami nebo přes obchodníka prodávat svoji produkci pouze na základě predikce na den dopředu. Regulaci nepřesných predikcí se tedy nelze vyhnout.

Z pohledu bezpečnosti přenosové soustavy ČR nelze srovnávat výpadek konvenčního bloku 1000 MW a neplánované snížení výkonu z VtE o 1000 MW.

Lze říct, že existuje určitá mezní hodnota instalovaného výkonu ve větrných a fotovoltaických elektrárnách v ČR, do které není potřebné navyšovat požadavky na výši a strukturu záložních výkonů. Nicméně již při instalovaném výkonu nad 300 MW v těchto obnovitelných zdrojích v ČR bude potřebné navyšovat podpůrné služby. Jde převážně o záporné regulace, které umožní (převážně v letních měsících) snižovat výrobu na konvenčních zdrojích. Jde o stavy, kdy bude v dané chvíli vyšší neplánovaná výroba z větrných a fotovoltaických elektráren. V takovéto situaci je nevyhnutelné snižovat výrobu na konvenčních zdrojích a zároveň mít možnost na těchto konvenčních zdrojích zvýšit výrobu elektrické energie pro případ, kdy přestane "foukat vítr", nebo "svítit slunce".

Autoři jsou zástupci společnosti ČEPS, a.s.