ENTSO‐E
Podmínky provozu propojených systémů ve střední Evropě Instruktážní dokument pro Evropskou komisi
Úvod Nedávný vývoj v sektoru elektroenergetiky měl významný dopad na podmínky provozu elektrizačního systému v kontinentální Evropě, a to zejména ve středoevropských zemích. Někteří TSO stále častěji čelí situacím, v nichž jsou vyčerpána veškerá provozní opatření, jejichž účelem je udržení systému v normálních provozních podmínkách. Kvůli charakteristice synchronního systému představuje tato skutečnost možnou bezpečnostní hrozbu v širších oblastech a rovněž i nutnost přijmout nouzová opatření, jako je např. vypínání spotřeby, která mají přímý dopad na spotřebitele. Přenosové soustavy ve střední Evropě, a to především v její západní a jihovýchodní části, jsou těsně propojeny. Avšak rozvoj těchto soustav, motivovaný přizpůsobením se novým trendům na trhu s elektřinou a zajištěním bezpečného přenosu velkého množství energie s přerušovanou výrobou (větrné a solární) stále probíhá. Vývoj zpomalují zejména průtahy s udělováním povolení. Integrace větrných elektráren a dalších obnovitelných zdrojů ovlivňuje provoz energetických systémů v mnoha ohledech a, jak lze pozorovat v současné době, brzdí tempo vývoje. Výsledky studie European Wind Integration Study (2010) ukazují, že mezi největšími problémy, které jsou pojmenovány z perspektivy propojených energetických systémů na kontinentu, patří tzv. „tranzitní toky“. Přerušovaná povaha větrné (a do jisté míry i sluneční) energie nepředvídatelně mění celoevropskou strukturu výroby elektrické energie, což má za následek to, že vzrůstající zatížení sítí umocňuje problematiku tranzitních toků. Pokud se bude výroba elektrické energie z obnovitelných zdrojů v určitých regionech rozvíjet rychleji, částečně díky programům státní podpory, než co dokáže přenosová soustava pojmout, poroste významně i riziko selhání systému ruku v ruce s nákladnými omezeními výroby. Vyšší kvalita provozu soustav, která je výsledkem spolupráce mezi TSO a rovněž nová uspořádání trhu, mohou tyto problémy vyřešit jenom částečně. Připravovaný dokument ENTSO‐E Network Code on Generation Connection Requirements (Kodex Požadavky na připojení k elektrizační soustavě) poskytne pro všechny strany přijatelné řešení bezpečného fungování soustavy v budoucnu. Tento dokument však nedokáže řešit naléhavé problémy, kterým čelíme. Tyto zahrnují např. zastaralá zařízení fotovoltaických elektráren, jejichž dovybavení neprobíhá dostatečně rychle na to, aby dokázalo riziku předejít. Ale nejdůležitější ze všeho je pragmatické a důsledné uplatňování ustanovení, která napomohou zrychlení procesu udělování povolení, jak byly popsány v návrhu Nařízení o hlavních směrech transevropské energetické infrastruktury, kterou přijala Komise 19. října 2011. Toto nařízení představuje významný krok směrem k odstranění zpoždění výstavby přenosové infrastruktury za vývojem výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů.
Přehled Tranzitní toky jsou realitou energetické soustavy danou fyzikálními zákony. V propojené soustavě proudí elektřina v každé větvi sítě (a vyhýbá se kruhovému toku), aby se dostala od místa zdroje až k místu spotřeby. Tranzitní toky jsou toky elektřiny v síti bez zdroje a spotřeby elektrické energie. Tyto toky, které jsou tradičně vyvolávány poměrně stabilními vzorci výroby elektrické energie, bere v úvahu provozní plánování TSO a zvládá tak odchylky skutečného toku od plánovaného toku na propojovacích vedeních.
ENTSO‐E
Vzrůstající produkce elektrické energie a obchodní vzorce, které ovlivňují tok elektřiny na kontinentu, se řeší posilováním sítě. Avšak tyto nové investice nejsou vždy uváděny do provozu včas, a to kvůli obtížím zmíněným již dříve (a vysvětleným v ENTSO‐E TYNDP). V důsledku došlo v posledních letech k nárůstu přetížení sítě; a to jak v počtu událostí, tak i delšího trvání problému. Přerušovaná povaha energie generované větrnými (a slunečními) elektrárnami tento problém jenom umocňuje tím, že do systému přidává nová zúžení, která mají sice krátké trvání, ale představují velkou hrozbu pro bezpečnost soustavy. Současná produkce z obnovitelných zdrojů, a to především větrných elektráren v severním Německu, Dánsku a Severním a Baltském moři je fyzicky přenášena německou vnitřní sítí a ve velkém rozsahu také přes paralelní přenosové soustavy sousedních zemí do jižních částí Německa, alpských oblastí a jižních částí kontinentu. Omezená předvídatelnost těchto velkých toků již několikrát způsobila porušení základních kritérií provozní bezpečnosti v určitých částech středoevropského regionu. Ohrožující přetížení přenosových linek nebo nedodržení kritéria (n‐1) v částech přenosové soustavy jsou ve vzrůstající míře hlášeny TSO. Na několika hranicích dosahoval rozdíl mezi fyzickým a plánovaným tokem takové velikosti, že jde často o opačné směry toků. Tyto rozdíly pozorujeme ve více než 90 % celkového času na německo‐ polské hranici, přes 90 % na polsko‐české hranici a přes 80 % celkového času na polsko‐slovenské hranici. Velké „neplánované“ tranzitní toky, které se sčítají s plánovanými toky, způsobují podstatné zatížení na jižních propojovacích vedeních (PL/CZ, PL/SK, DE/CZ a rovněž SK/HU a SK/UA) a vedou k porušení základních bezpečnostních kritérií sítě. Vysoké úrovně toků na propojovacích vedeních vedou k přetížení sítě v Německu a sousedních zemích, tj. Polsku, České republice, Slovensku a Maďarsku. Avšak bezpečnostní rizika, která dnes pozorujeme, jsou vyvrcholením zhoršování poměrů v celé soustavě, jak je patrné z postupného omezování NTC kapacit mezi těmito zeměmi v posledních letech. Limity NTC byly tradičně jedním z nástrojů, které využívali TSO podle platných tržních pravidel pro zvládání zvýšeného rozsahu nepředvídaných fyzických toků. Tohoto nástroje by se mělo využívat pouze, je‐li to nezbytně nutné, avšak jeho využití v současnosti roste v závislosti na zvyšujících se objemech neplánované výroby energie, která je přerušované povahy a která omezuje obchodně dostupnou kapacitu pro účastníky trhu.
Reakce TSO na tuto výzvu Provoz přenosové soustavy Omezení hodnot NTC na propojovacích vedeních předcházejí další protiopatření. TSO zvětšují bezpečnostní rezervy kapacit, odkládají plánovanou údržbu sítě, nebo mění konfiguraci sítě (pokud možno, v daném čase). Rovněž změna plánu výroby jednotky generující elektrickou energii může přispět ke zvýšení pružnosti při předvídaném přetěžování sítě. Nápravná opatření obsahují změnu nastavení transformátorů s regulací fáze (PST), jakož i další topologické změny1, které v některých případech dočasně ohrožují bezpečnost systému. Řízení výroby energie v určitých oblastech (a rovněž
1
Provoz stanice Lemešany (SK) s odpojenou přípojnicí, která přesměrovává energii přicházející z Polska, způsobuje pokles toků na propojení SK/PL a SK/UA, ale současně zvyšuje průtok na profilech SK/HU, CZ/PL a CZ/AT
ENTSO‐E
omezování výroby2) představuje další nástroj, který může napomoci udržení bezpečnosti provozu, avšak za vysokou cenu. TSO jsou si vědomi toho, že efektivita výše popsaných opatření se zvyšuje, jsou‐li tato opatření přijímána koordinovaně. Kupříkladu za účelem udržení profilu PSE Operator – 50Hertz v bezpečných provozních podmínkách vypracovali oba TSO společný seznam nápravných opatření, která jsou pravidelně přijímána ve větrných dnech. Takový seznam obsahuje přeshraniční redispečink, jehož náklady nesou obě strany rovným dílem. Podobně došlo v roce 2008 k přijetí prvního protiopatření zahrnujícího spolupráci několika stran, kdy byly linky HVDC přesměrovány přes Baltské moře, a to díky spolupráci německých a polských TSO s dvěma severskými TSO (Energinet.dk a Svenska Kraftnät), aby došlo k poklesu zatížení na přetížené německo‐polské hranici (50Hertz). Současným přesměrováním toků dvou HVDC linek opačným směrem dojde k toku elektrické energie v uzavřené smyčce, čímž dochází k odstranění přetížení AC sítě podobně jako u přeshraničního řízení přenosu. Významnou výhodou této tzv. „DC smyčky“ je to, že není potřeba nijak měnit samotnou výrobu elektrické energie, čímž se šetří náklady. Nicméně žádné z těchto nápravných opatření nezaručuje úspěch, neboť závisí na převládajících systémových podmínkách. Regionální spolupráce TSO vyvíjejí hlubší a trvalejší metody své spolupráce, hledají nejlepší protiopatření na regionální úrovni (jako např. výše popsané přesměrování HVDC). Potřeba zvýšené regionální koordinace vychází z poznatku, že úleva přetížení v jedné oblasti může přímo způsobit přetížení v oblasti jiné. To se týká především hustě propojených sítí, jako jsou např. přenosové soustavy ve střední Evropě. Z tohoto důvodu dochází k navazování formální spolupráce mezi TSO (Regional Security Coordination Initiatives3), která umožňuje středoevropským TSO společně analyzovat situaci provozní bezpečnosti a přijímat nápravná opatření. Očekává se však, že tato opatření, vedle regulace trhu, nebudou dostatečná, a to z důvodu nepoměru mezi rozsahem a časovým harmonogramem uvádění do provozu nových nepostradatelných infrastrukturních projektů v oblasti střední Evropy, zejména v Německu, na straně jedné, a cílovou úrovní výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů, jak ji definuje Evropská unie, na straně druhé. Panuje shoda, že účinnost již vyvinutých i budoucích nápravných opatření, jakkoli sofistikovaných, může být omezená a již v blízké budoucnosti nemusí v určitých oblastech dostačovat. Tyto regionální iniciativy mají za cíl vývoj a implementaci pokročilejších plánovacích postupů pro následující den i během jednoho dne. Praktická implementace vícestranného redispečinku představuje hlavní výzvu, jelikož zahrnuje několik odlišných režimů regulace a tržního prostředí. Z tohoto důvodu se regulační orgány přímo podílejí na jednáních, jejichž účelem je nalezení relevantních mechanismů pro sdílení nákladů na taková multilaterální opatření. Ozývají se argumenty, že bez plné harmonizace tržních pravidel napříč odlišnými oblastmi nebude možné nalézt optimální řešení. Plánování přenosové soustavy Jestliže je regionální nebo celoevropská spolupráce mezi TSO nezbytná k udržení bezpečnosti soustav, jejichž provoz se neustále přibližuje hraničním hodnotám pak totéž platí pro plánování rozvoje přenosové soustavy. V posledních dekádách došlo k formalizaci spolupráce mezi TSO, a to prostřednictvím založení ENTSO‐E a vypracováním Desetiletého plánu rozvoje sítě (Ten‐Year Network Development Plan – TYNDP) v letech 2010 a 2012. 2
Např. snížení výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů v 50 HzT podle paragrafu 13 německého zákona o energii v případě ohrožení bezpečného provozu soustavy 3 Existují tři formální rámce zahrnující členy ENTSO‐E, a to TSO Security Cooperation (TSC), CORECO, SSC
ENTSO‐E
Jeden z regionálních plánů, které jsou součástí TYNDP 2012, se snaží řešit problematiku vysokých tranzitních toků ve středoevropském regionu: např. instalace PST na polsko‐německé hranici je opatřením, které povede ke snížení přetížení v Polsku. Podobná řešení by mohla přinést úlevu i v České republice a na Slovensku, ale nebyla analyzována v TYNDP 2012. Studie využití PST ukazují, že řízení toku obecně a zejména PST by mohly snížit přetížení a zvýšit tak bezpečnost soustavy v současnosti i budoucnosti, a to díky zvýšené možnosti soustavu řídit bez ohledu na počet nových přenosových koridorů. Tok elektrické energie v české a polské síti, jakož i možný tranzitní tok by bylo možné řídit prostřednictvím PST a, v případě potřeby, tento tok omezit. To výrazně sníží tranzitní toky v obou zemích. Toto opatření sice sníží zátěž u PSE Operator a ČEPS, avšak zároveň zvýší zatížení sítě uvnitř Německa. Zvýšené zatížení německé sítě si vyžádá další operativní protiopatření, která jsou popsána výše. V krátkodobém horizontu to představuje nastavení bezpečných podmínek pro posílení 220 kV vedení na 400 kV v západních oblastech Polska, což je nezbytný předpoklad pro navýšení přenosové kapacity na německo‐polské hranici. Importní a exportní kapacita polské a české sítě vzroste oproti situaci, kdy toky energie nebyly řízeny prostřednictvím PST. Proto považujeme instalaci PST za včasné, finančně i technicky proveditelné opatření, které však nemůžeme považovat za dlouhodobě udržitelné řešení, pokud jde o provoz propojených soustav. Co je důležitější, TSO spějí k vymezení společných principů provozu PST za účelem omezení nechtěných dopadů těchto zařízení, která často pracují ve vzájemném rozporu. TYNDP 2012 obsahuje celkový přehled udržitelných řešení. Ta zahrnují posílení západoněmeckých a východoněmeckých koridorů4 s náklady kolem 30 miliard Euro v příštím desetiletí. Tato opatření by však neměla být vnímána izolovaně od investic v sousedních zemích. Vzhledem k tomu, že provozní opatření nejsou kvůli stavu soustavy vždy možná, představuje včasná implementace projektů TYNDP 2012 hlavní výzvu pro evropské politické představitele. Zde musíme zdůraznit význam opatření zrychlujících proces udělování povolení, jak je navrhuje Evropská Komise ve svém Nařízení o hlavních směrech transevropské energetické infrastruktury přijaté v říjnu 2011. Uspořádání trhu Žádné z výše uvedených řešení nevyužije plně svůj potenciál bez konzistentních tržních mechanismů, které poskytnou „software“ umožňující efektivní využití existující infrastruktury. Přesné přínosy závisí na specifikách dané soustavy. Kdekoliv jsou neplánované tranzitní toky zapříčiněny neschopností TSO měřit a předpovídat s dostatečnou přesností spotřebu/výrobu elektrické energie na všech relevantních uzlech soustavy a upřesňovat požadavky na výrobu energie do určité úrovně, tam představují zónové i nodální trhy pobídky pro řešení daných problémů. Ty závisí na zeměpisném měřítku trhů a implementačních možností daného tržního řešení. Obecně lze říci, že čím větší je zóna společného/koordinovaného tržního mechanismu, tím pravděpodobněji bude tržní uspořádání přispívat ke zvládání neplánovaných tranzitních toků, jelikož sdružuje více zdrojů pro stejný účel, ve stejnou dobu a za stejných podmínek. Je třeba rovněž dbát na časy uzavření obchodování. Zatímco tržní operace, které probíhají téměř v reálném čase, umožňují aktérům na trhu zvládat neplánované toky, zároveň ale omezují provozní pružnost TSO, jak jsme vysvětlili výše.
4
Německý západní koridor začíná na severozápadě Německa, což je oblast s vysokým přebytkem energie vyráběné z obnovitelných zdrojů, a propojovací vedení se Skandinávií (jak existující tak i plánovaná). Pokračuje Porýním a Porúřím (oblast s velkou spotřebou a zároveň velkým objemem produkce elektrické energie z konvenčních zdrojů). Východoněmecký koridor začíná na severovýchodě země, což je oblast s vysokým podílem produkce energie z obnovitelných zdrojů (stávajících i plánovaných), konvenčních zdrojů (stávajících i plánovaných) a napojení na Skandinávii (stávající i plánovaná). Oba koridory vedou na jih země, tedy do oblasti s velkou spotřebou a napojeními na Rakousko a Švýcarsko (přečerpávací elektrárny v Alpách a tranzit do Itálie).
ENTSO‐E
Definice obchodních zón, jejichž hranice odrážejí strukturální přetěžování sítě, může rovněž napomoci řešení problematiky neplánovaných tranzitních toků. Principy pro definici obchodních zón lze shrnout následovně: efektivní zvládání přetížení sítě, bezpečný provoz sítě a celkově fungující trh. Možný dopad obchodních zón na sousední obchodní zóny však bude nutné ještě pečlivě zvážit. Ve světle těchto úvah se východní části středoevropského regionu jeví jako příhodné pro opětovné promyšlení existujících obchodních zón v kontextu nadcházející implementace cílového tržního modelu do roku 2014. Principy, postupy a odpovědnost za takový úkol jsou v současné době vymezeny v kodexu Capacity Allocation and Congestion Management (CACM), který připravuje ENTSO‐E a o němž je vedena veřejná diskuze od 23. března 2012. Nicméně CACM se nemůže stát součástí evropské legislativy, dokud nebude formálně schválen, k čemuž by mohlo dojít někdy koncem roku 2013. Rýsuje se proto příležitost zlepšit stávající uspořádání včasnou zkušební aplikací některých ustanovení CACM v daném regionu. Další důležitou otázkou je přednostní nasazování zdrojů podle evropské Směrnice (2009/28/EC). Tato Směrnice je zapracována do národních legislativ, a to často bez ohledu na dopady, které tento krok může mít na sousední soustavy. V důsledku, a bez ohledu na uspořádání trhu, dochází k omezení schopnosti TSO řídit tranzitní toky prostřednictvím tržních opatření. Proto implementace přednostního nasazování podle principu subsidiarity může omezit řízení neplánovaných tranzitních toků prostřednictvím tržních, nebo i provozních, mechanismů. Tyto neplánované toky budou pravděpodobně vyžadovat koordinovaný celoevropský přístup.
Závěry Problematika tranzitních toků ve střední a východní Evropě je kombinací několika prvků: pomalý rozvoj přenosové infrastruktury, která dokáže zvládat strukturální změny ve vzorcích výroby elektrické energie kvůli zdlouhavým a komplikovaným procesům udělování povolení zvýšená nejistota v předpovědích toků zapříčiněná měnícími se charakteristikami výroby elektrické energie (většiny) větrných a slunečních elektráren a dalších obnovitelných zdrojů, které hrají čím dál tím významnější roli v celkovém objemu výroby elektrické energie nedostatek regulačních opatření, která by umožňovala koordinaci regionálních provozních protiopatření nedostatky v uspořádání národních trhů, které nedovolují optimálně využít stávající infrastrukturu. TSO se nacházejí v přední linii a musejí řešit důsledky těchto nedostatků. Provozní nástroje, které mají v současnosti k dispozici, se neustále vyvíjejí díky regionální spolupráci či provozním směrnicím ENTSO‐E, avšak systém se stále přibližuje mezním hodnotám a je proto nezbytné přijít s udržitelnějším řešením. TSO studují tato udržitelná řešení a předkládají je k veřejné diskuzi prostřednictvím Desetiletého plánu rozvoje sítě TYNDP. Cílem je přizpůsobit tento plán skutečným podmínkám přenosové infrastruktury napříč Evropu, k čemuž napomáhají ustanovení Nařízení o transevropské energetické infrastruktuře, a to především v souvislosti s obtížným a zdlouhavým procesem získání povolení. Nebude‐li tato infrastruktura realizována v řádném termínu, pak by mělo dojít k přehodnocení nárůstu výroby energie z obnovitelných zdrojů z pragmatičtějších hledisek. Dlouhodobým cílem je proto zrychlení investic do rozvoje infrastruktury sítí. Nedojde‐li v oblasti střední a východní Evropy k realizaci všech nezbytných investic, bude možné očekávaný obrovský nárůst výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů zvládnout pouze za přijetí komplexního balíčku opatření, mezi nimiž bude i reálný mechanismus omezení produkce z obnovitelných zdrojů pro kritické situace v přenosové soustavě. Navíc je třeba sladit tempo nárůstu produkce energie z obnovitelných zdrojů s realizací investic do síťové infrastruktury. Evropská Komise by měla podporovat veškeré projekty, jejichž cílem je posílení severojižního propojení v oblasti střední a
ENTSO‐E
východní Evropy, a označit je za projekty celoevropského významu, kterým se dostává nejvyšší priority v plánu rozvoji sítě. Stanovisko ENTSO‐E je takové, že cíle EU týkající se tržní integrace a integrace produkce energie z obnovitelných zdrojů musí být dosaženy, aniž by došlo k ohrožení bezpečného provozu vzájemně propojených soustav. TSO proto požadují: 1. pragmatickou a závaznou aplikaci ustanovení směřujících k urychlení procesu udílení povolení, jak jsou obsažena v návrhu Nařízení o hlavních směrech transevropské energetické infrastruktury přijaté Evropskou komisí 19. října 2011; 2. urychlenou modernizaci zařízení, která byla identifikována jako zastaralá a riziková pro systém; 3. uznání nutnosti nalézt všechna přijatelná řešení pro integraci energie z obnovitelných zdrojů v budoucnosti společně s včasným přijetím síťového kodexu s požadavky na připojení výrobních zdrojů k síti; 4. soustředění se na evropské aspekty rozvoje sítí, jelikož ty jsou odrazem klíčové role TYNDP v evropské legislativě; 5. urychlení realizace cílového tržního modelu v Evropě a identifikace střední a východní Evropy jako zkušební oblasti, v níž budou pokusně implementována ustanovení ENTSO‐E kodexu CACM ohledně definice obchodních zón; 6. jednání za účelem nalezení mechanismů pro sdílení nákladů pro multilaterální protiopatření; 7. změny národních energetických politik týkajících se produkce elektrické energie, které mohou mít podstatný vliv na sousední země, by měly být prováděny pouze za předpokladu, že existují patřičná opatření zajišťující bezpečný provoz sítě.
