VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV ELEKTROENERGETIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF ELECTRICAL POWER ENGINEERING

ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE A JEJICH INTEGRACE DO KONCEPTU SMART GRIDS

DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS

AUTOR PRÁCE AUTHOR

BRNO 2012

Bc. MAREK KOPIČKA

Bibliografická citace práce: KOPIČKA, M. Alternativní zdroje energie a jejich integrace do konceptu Smart Grids. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2012. 65 s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D.

Jako autor uvedené diplomové práce dále prohlašuji, že v souvislosti s vytvořením této diplomové práce jsem neporušil autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně vědom následků porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení části druhé, hlavy VI. Díl 4 Trestního zákoníku č. 40/2009 Sb. Zároveň děkuji vedoucímu diplomové práce panu doc. Ing. Petru Baxantovi, Ph.D. za cenné rady, připomínky a informace, pánům Ing. Michalu Macenauerovi, Ph.D., Ing. Janu Toufarovi (oba specialisté EGÚ Brno, a. s.), Ing. Tomáši Žákovi, MBA (ředitel Jaderné elektrárny Dukovany - divize výroba ČEZ, a. s.) a Ing. Jaromíru Beranovi, CSc. (specialista EGÚ Praha Engineering, a. s.) za praktické a nejen technicky přínosné konzultace ohledně problematiky týkající se tématu této práce. Poděkování patří také všem lidem z mého nejbližšího okolí za psychickou podporu nejen během studia, a především mým rodičům, kteří mi mimo jiné umožnili studium na vysoké škole.

……………………………

VYSOKÉ UČENÍ U TECHNICKÉ KÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČ MUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV ELEKTROENERGETIKY ELEKTROENERGET FACULTY OF ELECTRICAL ELECTRICA ENGINEERING AND COMMUNICATION MMUNICATION DEPARTMENT OF ELECTRICAL ELECTRICAL POWER ENGINEERING ENGINEERI

ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE A JEJICH INTEGRACE DO KONCEPTU KONCEPTU SMART GRIDS ALTERNATIVE ENERGY SOURCES AND THEIR INTEGRATION IN INTO THE CONCEPT ONCEPT OF SMART GRIDS

DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER´S THESIS

AUTOR PRÁCE

Bc. MAREK KOPIČKA

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2012

doc. Ing. PETR BAXANT, Ph.D.

Abstrakt

5

ABSTRAKT Tato práce se zabývá převážně energií elektrickou. V první je části zaměřena na alternativní zdroje energie, popisuje strukturu spotřeby a výroby elektrické energie za několik posledních let, při čemž se soustředí na využívání obnovitelných zdrojů energie. V této souvislosti hodnotí podmínky pro alternativní zdroje energie v České republice z pohledu legislativního, aktuální stav a potenciál alternativních zdrojů energie, a také se pokouší o predikci vývoje těchto problematik. V další části pak popisuje Smart Grids jako prostředek pro dosažení výše zmíněných cílů. V práci jsou uvedeny základní rysy toho systému, jeho cíle a výzvy, popis integrace Smart Grids s ostatními zdroji elektrické energie a výhody využití Smart Grids jak z pohledu uživatelského, tak z pohledu systémového. Další časti jsou zaměřeny na distribuované řídící systémy v energetice, jejich vývoj a princip. Poslední část se věnuje úvaze o roli alternativních zdrojů energie a distribuované výroby ve Smart Grids.

KLÍČOVÁ SLOVA:

alternativní zdroje energie; Smart Grids; obnovitelné zdroje energie; trh s elektřinou; problematika volatilních zdrojů; koeficient ročního využití; Smart Metering; elektromolismus; Smart region Vrchlabí; distribuované řídící systémy v energetice.

Abstract

6

ABSTRACT This work deals mainly with electrical energy. In the first part is focused on alternative energy sources, and describes structure of consumption and production of electricity over the past few years, during which is focuses on renewable energy sources. In this context, assesses the conditions for alternative energy sources in the Czech Republic from the perspective of the legislative, as well as current status and potential of alternative energy sources and tries to predict the development of these issues. The next section describes the Smart Grids as a means to achieve these goals. There are presented the basic features of this system, its goals and challenges, a description of the integration of Smart Grids with other sources of electricity and the benefits of using Smart Grids both from the perspective of user and from the perspective of system. Other parts are focused on distributed control systems in the energy sector, its development and principle. The last part is devoted to consideration of the role of alternative energy sources and distributed generation in Smart Grids.

KEY WORDS:

Alternative Energy Sources; Smart Grids; Renewable Energy Sources; electricity market; issues of intermittent resources; annual Utilization Factor; Smart Metering; electromobility; Smart Region Vrchlabí; Distributed Control Systems in the energy sector.

Obsah

7

OBSAH SEZNAM OBRÁZKŮ..................................................................................................................................9 SEZNAM TABULEK ................................................................................................................................10 SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK .......................................................................................................11 1 ÚVOD .......................................................................................................................................................14 2 ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE ...............................................................................................15 2.1 PODMÍNKY PRO AZE V ČR .............................................................................................................15 2.1.1 VÝVOJ TRHU S ELEKTŘINOU ...................................................................................................16 2.1.2 VLIV LIBERALIZACE TRHU S ELEKTŘINOU ..............................................................................17 2.1.3 PODPOROVÁNÍ OZE ................................................................................................................17 2.2 AKTUÁLNÍ STAV ALTERNATIVNÍCH ZDROJŮ ..................................................................................18 2.2.1 DOSAVADNÍ TECHNOLOGIE ....................................................................................................18 2.2.2 DOSAVADNÍ VYUŽITÍ ..............................................................................................................19 2.2.3 STÁVAJÍCÍ CENA......................................................................................................................22 2.3 PREDIKCE STAVU ALTERNATIVNÍCH ZDROJŮ ................................................................................23 2.3.1 PREDIKCE VÝVOJE TECHNOLOGIE...........................................................................................23 2.3.2 PREDIKCE VYUŽITÍ ..................................................................................................................23 2.3.3 PREDIKCE CENY ......................................................................................................................24 2.3.4 PREDIKCE Z POHLEDU OECD .................................................................................................24 2.3.5 MOŽNÝ VÝVOJ ENERGETIKY ...................................................................................................25 2.4 POTENCIÁL .......................................................................................................................................25 2.5 AKUMULACE ENERGIE .....................................................................................................................26 2.5.1 BUDOUCÍ AKUMULACE ...........................................................................................................27 3 SMART GRIDS .......................................................................................................................................28 3.1 CÍLE A VÝZVY SG .............................................................................................................................29 3.2 METERING ........................................................................................................................................30 3.2.1 MĚŘÍCÍ TECHNOLOGIE ............................................................................................................30 3.2.2 SMART METRY PRO EKTROENERGETIKU .................................................................................34 3.2.3 INTEGRACE SMART METRŮ DO SG ..........................................................................................34 3.3 KOMUNIKAČNÍ TECHNOLOGIE SG..................................................................................................35 3.3.1 PŘENOSOVÉ TECHNOLOGIE .....................................................................................................35 3.3.2 PROBLÉMY SPOJENÉ SE SBĚREM DAT......................................................................................37 3.4 INTEGRACE S RŮZNÝMI ZDROJI A SYSTÉMY ..................................................................................37 3.4.1 VIRTUÁLNÍ ELEKTRÁRNY .......................................................................................................38 3.5 VÝHODY VYUŽITÍ SG .......................................................................................................................39 3.5.1 ELEKTROMOBILISMUS ............................................................................................................39 3.5.2 UŽIVATELSKÉ SLUŽBY ............................................................................................................41 3.6 VÝVOJ SYSTÉMU SG V ČR...............................................................................................................42 3.6.1 ELEKTROMOBILITA .................................................................................................................43 3.6.2 SMART REGION VRCHLABÍ .....................................................................................................44

Obsah

8

3.6.3 SMART CITY OSTRAVA ...........................................................................................................47 3.6.4 INSTITUCE A SDRUŽENÍ V ČR .................................................................................................47 3.7 SG VE SVĚTĚ .....................................................................................................................................49 3.7.1 SMART CITIES .........................................................................................................................49 3.7.2 INVESTICE DO SG V EVROPĚ ..................................................................................................50 4 DISTRIBUOVANÉ ŘÍDÍCÍ SYSTÉMY V ENERGETICE ...............................................................52 4.1 VÝVOJ DŘS ......................................................................................................................................52 4.2 PRVKY DŘS ......................................................................................................................................53 4.2.1 ŘÍZENÍ A SBĚR DAT .................................................................................................................53 4.2.2 PROGRAMOVATELNÉ AUTOMATY ...........................................................................................53 4.2.3 ŘÍDÍCÍ SOFTWARE ...................................................................................................................54 4.3 VÝROBCI A DODAVATELÉ DŘS PRO ČR .........................................................................................54 4.4 SOUČASNÉ MOŽNOSTI DŘS .............................................................................................................55 4.5 DŘS V ENERGETICE .........................................................................................................................55 5 ROLE ALTERNATIVNÍCH ZDROJŮ A DISTRIBUOVANÉ VÝROBY VE SMART GRIDS ....57 6 ZÁVĚR .....................................................................................................................................................58 POUŽITÁ LITERATURA ........................................................................................................................60 PŘÍLOHA A: VÝVOJ NETTO VÝROBY ELEKTRICKÉ ENERGIE Z POHLEDU DRUHU VÝROBNY A PALIVA ........................................................................................................................64 PŘÍLOHA B: PREDIKCE INSTALOVANÉHO VÝKONU A VÝROBY EL. ENERGIE VYBRANÝCH ÚZEMÍ PODLE OECD .............................................................................................65

Seznam obrázků

9

SEZNAM OBRÁZKŮ Obrázek 2-1 Uspořádání elektroenergetiky v ČR před a po roce 2005 ......................................... 16 Obrázek 2-2 Grafické znázornění vývoje ceny příspěvku zákazníků na OZE, KVET a DZ ........... 18 Obrázek 2-3 Vývoj výroby a instalovaného výkonu FVE od ledna 2009 do září 2011 .................. 19 Obrázek 2-4 Průběh spotřeby brutto ve dnech ročního maxima a minima v roce 2010 ................ 21 Obrázek 2-5 Měsíční brutto bilance výkonu v dobách maxim zatížení ES ČR 2008 – 2010.......... 22 Obrázek 3-1 Určení netechnických ztrát pomocí chytrého měření ................................................ 31 Obrázek 3-2 Schéma konceptu FUTUR/E/MOTION [26] ............................................................. 43 Obrázek 3-3 Významné pilotní projekty SG v Evropě .................................................................... 45 Obrázek 3-4 Uživatelský interface [32] ......................................................................................... 47 Obrázek 3-5 Geografické rozložení kategorií a investic [43] ........................................................ 51

Seznam tabulek

10

SEZNAM TABULEK Tabulka 2-1 Procentní podíly jednotlivých složek ceny za dodávku elektřiny domácnostem: ....... 17 Tabulka 2-2 Vývoj ceny příspěvku zákazníků na OZE, KVET a DZ .............................................. 17 Tabulka 2-3 Vývoj výkupní ceny FVE ............................................................................................ 19 Tabulka 2-4 Instalované výkony typů elektráren v ČR................................................................... 20 Tabulka 3-1 Konečná spotřeba elektrické energie za rok 2009(1) .................................................. 42 Tabulka 3-2 Konečná spotřeba energií za rok 2009 ...................................................................... 42

Seznam symbolů a zkratek

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK AMI

Advanced Metering Infrastructure

AMM

Automatic Meter Management (též Advanced Metering Management)

AMR

Automatic Meter Reading

AZE

aleternativní zdroje energie

BOEMRE

Bureau of Ocean Energy Management, Regulation and Enforcement

ČEPS

Česká přenosová soustava

ČEZ

České energetické závody

ČR

Česká republika

ČTPSG

Česká technologická platforma Smart Grid

ČU

černé uhlí

DPU

Distributed Processing Unit

DŘS

distribuovaný řídící systém

DS

distribučbní soustava

DSL

Digital Subscriber Line

DV

distribuovaná výroba

DZ

druhotné zdroje

EEGI

European Electricity Grid Initiative

EGÚ

Energetický úřad

EK

Evropská komise

ENTSO-E

European Network of Transmission System Operators for Electricity

ERÚ

Energetický regulační úřad

ES

elektrizační soustava

EU

Evropská unie

FVE

fotovoltaická elektrárna

GPRS

General Packet Radio System

GSM

Global System for Mobile Communication

HDO

hromadné dálkové ovládání

HDP

hrubý domácí produkt

HMI

human–machine interface

HU

hnědé uhlí

HW

Hardware

ICT

Information and Communication Technologies

11


IEA

International Energy Agency

IFAC

International Federation of Automatic Control

IP

Internet Protocol

IT

Information Technology

JE

jaderná elektrárna

JRC

Joint Research Centre

KRV

koeficient ročního využití

KVET

kombinovaná výroba elektrické energie a tepla

MPO

Ministerstvo průmyslu a obchodu

MVE

malá vodní elektrárna

nn

nízké napětí

NRDC

Natural Resources Defense Council

OECD

Organisation for Economic Co-operation and Development

OTE

Operátor trhu s elektřinou

OZE

obnovitelné zdroje energie

p.a.

programovatelný automat

PAC

Pogrammable Automation Controller+

PE

parní elektrárna

PLC1

PowerLine Communication

PLC2

Programmable Logic Controller

PPE

paroplynová elektrárna

PpS

podpůrné služby

PRE

Pražská energetika

PS

přenosová soustava

PSE

plynová, spalovací elektrárna

PVE

přečerpávací vodní elektrárna

REAS

Regionální energetická akciová společnost

RF

Radio Frequency

RTCC

Responding to Climate Change

RTU

Remote Terminal Unit

SC

Smart City

SCADA

Supervisory Control and Data Acquisition

SEK

Státní energetická koncepce

SET Plan

Strategic Energy Technology Plan

12


SG

Smart Grids

SGETP

Smart Grids European Technology Platform

SM

Smart Metering

SRV

Smart Region Vrchlabí

SW

Software

TCP/IP

Transmission Control Protocol / Internet Protocol

TSO

Transmission System Operator

v.e.

virtuální elektrárna

VE

vodní elektrárna

vn

vysoké napětí

VTE

větrná elektrárna

13

1 Úvod

14

1 ÚVOD Vývoj lidské společnosti na Zemi směřuje neustále kupředu. Tento postupný vývoj zasahuje do většiny oborů lidské činnosti. Elektroenergetika je jedním z nich. Podněty na vývoj technologií v tomto odvětví přichází i z mnoha jiných oborů. To je dáno tím, že možnost využívat elektrickou energii je pro lidi ve vyspělých státech, mezi které patří i ČR, neodmyslitelná. Tento fakt je dán vesměs historickým vývojem skutečností, které se týkají výroby, přenosu a zejména využívání elektrické energie. Tak jako i v jiných oborech se i v oblasti elektroenergetiky až časem ukáže, jestli zvolená cesta byla ta správná. V oboru energetiky si společnost v posledním období zvolila cestu, která odmítá emise, zvyšuje spolehlivost, dává uživateli možnost volby, otevírá nové možnosti trhu atd. Prostředky této snahy jsou mimo jiné alternativní zdroje energie (AZE) a systém smart grids (systém chytrých sítí; systém inteligentních sítí; systém SG), kterým se tato práce zaobírá. Zavádění těchto nových technologií do již stávající struktury s sebou nese řadu problémů, možností, otázek a výzev a otevírá tedy možnosti dalšího vývoje nejen oboru energetiky, ale i mnoha oborů využívajících jakýkoliv druh dodávané energie nebo služby (elektřina, plyn, voda).

2 Alternativní zdroje energie

15

2 ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE Na úvod by bylo záhodno uvést rozdíl mezi AZE a OZE (obnovitelné zdroje energie). Za OZE považujeme ty zdroje energie, které jsou z dlouhodobého hlediska nevyčerpatelné. Tyto zdroje se podle Energetického zákona definují jako [1]: obnovitelné nefosilní přírodní zdroje energie, jimiž jsou energie větru, energie slunečního záření, geotermální energie, energie vody, energie půdy, energie vzduchu, energie biomasy, energie skládkového plynu, energie kalového plynu a energie bioplynu. Jde tedy o využitelné zdroje energie, které se obnovují přírodními procesy, především z jaderných přeměn v nitru Slunce. AZE můžeme definovat jako netradiční zdroj energie, který má mnohem menší míru využití primární energie než zdroj klasický (uhelná elektrárna, jaderná elektrárna). Mohou využívat jak obnovitelných zdrojů energie, tak fosilních paliv. OZE jsou tedy součástí AZE. Samotná definice pojmu alternativní energie je ale poněkud složitější. Podle oxfordského jazykového slovníku se jedná o energii získanou způsoby, které nevyužívají přírodní zdroje Země nebo jinak nepoškozují životní prostředí, zejména zamezují používání fosilních paliv a jaderné energie [2]. Podle informačního serveru Responding to Climate Change (RTCC) se jedná o energii získanou z netradičních zdrojů (např. stlačený zemní plyn, solární, vodní, větrné) [3]. Podle informací serveru světové environmentální organizace Natural Resources Defense Council (NRDC) se jedná energii, která není všeobecně používaná a je obvykle šetrná k životnímu prostředí (na rozdíl od fosilních paliv), jako je solární nebo větrná energie [4]. Podle americké federální agentury Bureau of Ocean Energy Management, Regulation and Enforcement (BOEMRE), odpovědné za dohled nad bezpečným a k životnímu prostředí šetrným rozvojem využívání energetických a nerostných surovin vně amerického kontinentu, se jedná o zdroje paliva, které jsou jiné než získané z fosilních paliv. Obvykle se používá záměna s pojmem obnovitelné zdroje energie. Příklady zahrnují: vítr, sluneční energii, biomasu, energii vln a přílivu [5]. Problematika určování jednotlivých výroben jako alternativní je poměrně složitá. Nemusí se totiž vždy jednat o výrobnu spalující pouze jeden druh paliva. Na území ČR je několik elektráren spalující kromě černého uhlí (ČU) nebo hnědého uhlí (HU) i jiné palivo – alternativní. Dále pak existují výrobny o nižších instalovaných výkonech spalující jiné palivo než uhlí. Existují také ještě samozřejmě elektrárny, které nic nespalují, ale přeměňují jiné druhy energie na energii elektrickou. V tomto textu jsem se rozhodl za výrobny vyžívajících alternativních zdrojů energie považovat všechny s výjimkou těch, které využívají ČU, HU a jaderné palivo. Takto jsem učinil zejména ze statistických důvodů v dalších podkapitolách této kapitoly. V kontextu se SG je lépe chápat alternativní zdroj elektrické energie jako decentralizovanou výrobnu menšího výkonu, a to z důvodu časté konfrontace těchto problematik, kdy by právě systém SG měl dopomoci plnému využití těchto zdrojů, které jsou považovány za ekologičtější a ekonomičtější, než velké zdroje spalující uhlí.

2.1 Podmínky pro AZE v ČR Než se začnu zabývat stavem AZE v současnosti, je třeba nahlédnout do minulosti a poukázat na některé události, které vedly k tomu, jaké podmínky a vliv mají AZE dnes a jaké budou mít v budoucnosti. Struktura trhu s elektřinou do jisté míry zásadně změnila přístup státu a energetických subjektů nejen k AZE, ale i jiným odvětvím energetiky.


16

2.1.1 Vývoj trhu s elektřinou Trh s elektřinou byl před vznikem samostatného českého státu monopolní, tzn. výrobu, přenos i rozvod (distribuci) zajišťovala společnost ČEZ (České energetické závody). Od roku 1993 zůstala výroba a přenos výhradou ČEZ, rozvod byl rozdělen mezi osm nově vzniklých akciových společností, tzv. REAS (Regionální energetická akciová společnost). Zároveň začali také vznikat i nezávislí výrobci elektrické energie. Doba do roku 2002 byla věnována přípravě na liberalizaci trhu s elektřinou. Roku 1998 vznikla společnost ČEPS (Česká přenosová soustava) jako dceřiná společnost ČEZ. Jejím úkolem bylo a je: zajištění přenosu elektřiny, zajištění rovnováhy mezi výrobou a spotřebou elektrické energie v každém okamžiku, údržba, obnova a rozvoj zařízení přenosové soustavy (PS), zajištění mezinárodní spolupráce elektrizační soustavy ČR na trhu s elektřinou v Evropské unii (EU). Takto bylo učiněno v souladu s evropskou legislativou, která dala za povinnost oddělit přenos od výroby. Roku 2001 vznikl ERÚ (Energetický regulační úřad) a OTE (Operátor trhu s elektřinou). ERÚ, jakožto orgán státní správy převzal pravomoci, které byly do té doby v oblasti regulace energetického sektoru vykonávány Ministerstvem financí a Ministerstvem průmyslu a obchodu (MPO). ERÚ má status nezávislého regulačního úřadu a zajišťuje regulaci v energetickém odvětví. V oblasti působnosti ERÚ je především podpora hospodářské soutěže a ochrana zájmů spotřebitelů v těch oblastech energetických odvětvích, kde není možná konkurence. OTE je státní akciová společnost, která zajišťuje koordinaci nabídky a poptávky na trhu s elektrickou energií [6]. Od roku 2002 docházelo k postupnému otevírání trhu pro výrobce (do 2003) a pro zákazníky (do 2006), což znamenalo možnost volby dodavatele elektřiny každému odběrateli a vznik nezávislých obchodníků s elektřinou. Roku 2005 dokoupil stát od ČEZ zbytek podílu jeho dceřiné společnosti ČEPS (ta je od té doby plně ve vlastnictví státu) a prodal ČEZ 5 REAS (SČE - Severočeská energetika, SME Severomoravská energetika, STE - Středočeská energetika, VČE - Východočeská energetika a ZČE - Západočeská energetika). Zbylé REAS jsou pak v majoritním podílu jiného vlastníka (JČE - Jihočeská energetika a JME - Jihomoravská energetika – vlastník E.ON, PRE - Pražská energetika – více vlastníků. Tím byl dokončen unbundling (zákonem stanovené oddělení činností) provozovatelů distribučních soustav (DS) od činnosti dodávky elektřiny zákazníkům. Fúzí či unbundligem tedy na území ČR z elektroenergetických společností vznikají E.ON Distribuce, a.s., ČEZ Distribuce, a.s. a PREdistribuce, a. s. jako distributoři a E.ON Energie, a.s., ČEZ Prodej, s.r.o. a PRE, a.s. jako dodavatelé – obchodníci s elektřinou.

Obrázek 2-1 Uspořádání elektroenergetiky v ČR před a po roce 2005

17


2.1.2 Vliv liberalizace trhu s elektřinou Liberalizace dává možnost vstoupit na trh novým společnostem, které chtějí v daném oboru podnikat. Proces liberalizace trhu by měl vést k omezení vlivu monopolu, zvýšení konkurence, snížení ceny za dodanou službu / zboží a ke zkvalitnění služeb. Dává lidem / spotřebitelům možnost volby z širší palety produktů. Vzhledem k charakteristice produktů v elektroenergetice se toto odvětví stalo do jisté míry unikátní. Nejenže elektřinu nelze snadno skladovat, ale navíc jde o standard, bez kterého se vyspělý – moderní spotřebitel neobejde a musí tedy být garantována spolehlivost dodávky. Toto je řešeno pomocí příslušných zákonů. Licence pro vstup na trh s elektřinou pak uděluje OTE. Nyní tedy máme na jedné straně liberalizaci trhu elektroenergetiky a na druhé straně snahu o co největší podporu OZE. Tyto dvě věci spolu ale nejdou ruku v ruce. Hráči na trhu chtějí od výrobců kupovat elektřinu co nejlevněji, aby jejich zisky byly co nejvyšší. Nechtějí tedy vykupovat elektřinu z OZE, která je drahá. (Drahá ve smyslu stanovené výkupní ceny.) Na tuto nerovnost musí být vynaloženy finanční prostředky. V konečném důsledku to pro spotřebitele znamená, že zaplatí větší peníze za položku OZE ve svém vyúčtování za elektřinu. Nárůst tohoto podílu je dobře patrný z následující Tabulka 2-1. Tabulka 2-1 Procentní podíly jednotlivých složek ceny za dodávku elektřiny domácnostem: položka

2009 33,3 57,5 3,1 0,3 1,5 4,2 0,1

rok 2010 35,1 51,2 3,5 0,2 5,1 4,8 0,1

distribuce elektřiny elektřina vč. obch. marže přenos elektřiny decentrální výroba obnovitelné zdroje a kogenerace systémové služby ČEPS operátor trhu Hodnoty jsou v procentech Data z ERÚ z ročních zpráv o provozu ES ČR

2011 34,7 46,4 3,2 0,3 10,8 4,5 0,1

2.1.3 Podporování OZE Na vývoj množství instalovaného výkonu OZE v ČR měla největší vliv legislativní podpora určená zákonem č. 180/2005 Sb. (v platnosti od 1.8.2005), která mimo jiné dala za povinnost třem největším tuzemským distributorům (ČEZ, E.ON, PRE) přednostně odebírat elektřinu vyrobenou z OZE. Dále tento zákon garantoval fixovanou výkupní cenu, která mohla klesat maximálně o 5 % ročně. Ceny technologií fotovoltaických elektráren (FVE) šly poté dolů a rázem se z fotovoltaiky stal velmi výnosný byznys, čehož využilo mnoho subjektů a investovalo do stavby FVE. Vývoj nárůstu instalovaného výkonu FVE je zobrazen v grafu na Obrázek 2-3 Vývoj výroby a instalovaného výkonu FVE od ledna 2009 do září 2011v 2.2.2.1. V následující Tabulka 2-2 a grafu na Obrázek 2-2 je zaznamenán vývoj ceny příspěvku zákazníků na OZE, KVET (kombinovaná výroba elektrické energie a tepla) a DZ (druhotné zdroje). Největší podíl na této sumě mají OZE, konkrétně FVE. Tabulka 2-2 Vývoj ceny příspěvku zákazníků na OZE, KVET a DZ rok 2002 2003 2004 2005 Kč/MWh 8,72 19,04 41,51 39,45 * - bez státní dotace 623,47 Kč/MWh Hodnoty jsou v Kč/MWh

2006 28,26

2007 24,13

2008 40,75

2009 52,18

2010 166,34

2011 2012 370,00 419,22*

18


Data ERÚ a EGÚ Brno, a.s. 700,00

bez dotace

600,00 500,00

se státní dotací

400,00 Kč/MWh 300,00 200,00 100,00 0,00 2002

2004

2006

2008

2010

2012

rok

Obrázek 2-2 Grafické znázornění vývoje ceny příspěvku zákazníků na OZE, KVET a DZ Z grafu je patrné, že bez státní podpory AZE by v roce 2012 spotřebitel za jejich využívání zaplatil o bezmála 50 % víc. Otázkou zůstává, jak se tato problematika bude vyvíjet v dalších letech a jak tyto záležitosti budou ošetřeny legislativně.

2.2 Aktuální stav alternativních zdrojů Struktura a podíl zdrojů elektrické energie a jejich příspěvek energie do sítě se s časem mění. Proto jsou jako aktuální stav uvedena data k září 2011, (s ohledem na dobu, kdy byla tato práce vytvářena), pokud není uvedeno jinak. Abych předešel velkému nárůstu odkazů, prohlašuji, že všechny hodnoty (i data v tabulkách a grafech) uvedené této kapitole jsou data zveřejněné ERÚ v jeho ročních a měsíčních zprávách o provozu elektrizační soustavy (ES) ČR, není-li uvedeno jinak.

2.2.1 Dosavadní technologie Geografická pozice ČR nedává tomuto středoevropskému státu možnost naplno využít všech variant ze skupiny alternativních zdrojů v oblasti elektroenergetiky. V odborných časopisech se relativně často mluví o projektech, které mají v budoucnu vyrábět elektrickou energii díky mořským proudům, přílivu či odlivu. Tyto, dle mého názoru nadějné, nicméně technicky náročné a finančně nákladné projekty by mohly mnoha přímořským státům obstarat spolehlivý přísun elektrické energie. Dále je třeba dodat, že ani v žádném z dalších možných dosud známých způsobů, jak získávat levně elektřinu pomocí elektráren nevyužívajících neobnovitelné zdroje energie, si ČR nestojí nějak dobře. Využívání OZE je provázáno především s legislativou. Byly to právě zákony, které daly možnost výhodné investice. A jsou to právě zákony, které do jisté míry regulují možnosti investic do oblasti elektroenergetiky. Například vyhláška Č. 349/2010 Sb. přijatá v listopadu 2010 k zákonu č. 406/2000 Sb. [7] určuje minimální hodnoty účinnosti pro fotovoltaické systémy o výkonu větším než 30 kW na 16 % (polykrystalický článek) a 18 % (monokrystalický článek), což prodraží investici do FVE. Obecně tedy předpisy vydané příslušným orgánem usměrňují budování a využívání různých zdrojů elektrické energie.

19


2.2.2 Dosavadní využití Podíl elektrické energie vyrobené pomocí AZE se dostal na dnešní hodnoty především díky různým stimulům ze strany EU. Je jen otázkou spekulací, jak by vypadaly následující tabulky a grafy nebýt různých podmínek určených z vně ČR. Nicméně politika je o penězích a je dělána pro lidi. Některé populistické kroky pak mohou vést k nespokojenosti budoucích. Hodně diskutovaný případ tohoto je přiblížen v následující Růst podílu FVE2.2.2.1. Cílem následujících podkapitol je přiblížit problematiku FVE a VTE (větrných elektráren) vzhledem k jejich možnostem výroby. Ty totiž nejsou stejné jako u jiných zdrojů.

2.2.2.1 Růst podílu FVE Na Obrázek 2-3 je graficky znázorněn vývoj výroby a instalovaného výkonu FVE v ČR od ledna 2009 do září 2011. Jde zde jasně vidět jednak nestálost výroby FVE na roční úrovni a jednak spolu s Tabulka 2-3 reakce na změnu výkupní ceny. Jaký dopad toto má a bude mít na zákazníka z pohledu financí je popsáno v Podporování OZE2.1.3. 2000

400

1750

350 300

1250

250

1000

200

750

150

500

výrovba netto [GWh]

instalovaný výkon [MW]

instalovaný výkon 1500

100

výroba netto

50

250

0

0 1.09

4.09

7.09

10.09

1.10

5.10 8.10 měsíc.rok

11.10

3.11

6.11

9.11

pozn.: K datu 31. 12. 2009 byly uděleny licence sk. 11 pro fotovoltaické elektrárny se součtovým instalovaným výkonem 464,58 MW (hodnota z grafu). Skutečný instalovaný výkon v té době byl ale menší.

Obrázek 2-3 Vývoj výroby a instalovaného výkonu FVE od ledna 2009 do září 2011 Tabulka 2-3 Vývoj výkupní ceny FVE rok 2004 2005 2006* výkupní cena 6,00 6,04 13,20 * po přijetí zákona č. 180/2005 Sb.

2007 13,46

2008 13,46

2009 12,79

2010 12,15

Časová odezva mezi dobou přijetí zákona a prvním skokem nárůstu instalovaného výkonu je dána dobou nutnou na realizaci FVE a skokové nárůsty instalovaného výkonu vždy před novým rokem jsou také dány novými výkupními cenami na začátcích roků, které jsou nižší.

20


2.2.2.2 Instalované výkony a podíly využití jednotlivých typů výroben na území ČR V tabulce v 64 je zaznamenán vývoj netto výroby elektrické energie z pohledu druhu výrobny a paliva. Je zde možno vyčíst podíl výroby různých výroben s různými palivy. Je fakt, že většina (72,62 % v roce 2010) vyrobené elektřiny pochází z parních elektráren spalujících černé či hnědé uhlí a elektráren jaderných. Pro upřesnění dělení vodních elektráren v 64 je nutno napsat, že PVE (přečerpávací vodní elektrárna) se do celkového podílu výroby elektřiny započítává jako část vodních elektráren. Avšak nezapočítává se k podílu vodních elektráren na výrobě z OZE, neboť se uvažuje, že elektřina potřebná k přečerpání vody do horní nádrže byla vyrobena v elektrárnách spalujících neobnovitelné zdroje energie. V následující Tabulka 2-4 jsou uvedeny instalované výkony jednotlivých typů elektráren v časovém kontextu. Jsou zde vidět změny jak celkového instalovaného výkonu jednotlivých typů elektráren, tak jejich podíl na celkovém instalovaném výkonu elektráren v ČR. Lze si také všimnout, že největší vliv na zvýšení celkového instalovaného výkonu elektráren v ČR měly v posledních letech největší vliv FVE. V komparaci s tabulkou v 64 si lze povšimnout, že procentní vyjádření vyrobené elektřiny a instalovaného výkonu jednotlivých typů elektráren spolu nerostou resp. neklesají lineárně. To je dáno zejména tzv. koeficientem ročního využití (KRV) jednotlivých druhů výroben (viz následující 2.2.2.3). Tabulka 2-4 Instalované výkony typů elektráren v ČR 2000

2006

2008

2009

2010

Pi podíl Pi podíl Pi podíl Pi podíl Pi podíl Typ [MW] [%] [MW] [%] [MW] [%] [MW] [%] [MW] [%] výrobny PE 10 808,2 70,53 10 691,0 61,06 10 685,2 60,29 10 720,1 58,50 10 769,0 53,62 PPE 571,0 3,73 569,7 3,25 569,7 3,21 560,7 3,06 590,7 2,94 PSE 86,4 0,56 234,3 1,34 327,9 1,85 374,2 2,04 443,7 2,21 JE 1 760,0 11,49 3 760,0 21,48 3 760,0 21,21 3 830,0 20,90 3 900,0 19,42 VE 952,1 6,21 1 028,5 5,87 1 045,3 5,90 1 036,4 5,66 1 056,1 5,26 PVE 1 145,0 7,47 1 146,5 6,55 1 146,5 6,47 1 146,5 6,26 1 146,5 5,71 VTE 150,0 0,85 193,2 1,05 217,8 1,08 1,2 0,01 77,6 0,44 FVE 39,5 0,22 464,6 2,54 1 959,1 9,76 celkový Pi 15 323,8 17 507,6 17 724,2 18 325,7 20 082,9 Do roku 2006 ERÚ uvádí pouze sumu instalovaných výkonů FVE a VTE.

Září 2011 Pi podíl [MW] [%] 10 778,3 53,53 590,7 2,93 479,0 2,38 3 900,0 19,37 1 053,3 5,23 1 146,5 5,69 217,1 1,08 1 968,9 9,78 20 133,8

2.2.2.3 Koeficient ročního využití KRV je vyjádřen jako podíl vyrobené elektřiny za rok a součinu instalovaného výkonu a počtu hodin za rok (8760 h). Logicky pak bude tento koeficient roven jedné, pokud bude daná elektrárna pracovat nepřetržitě celý rok na svůj jmenovitý výkon. V reálné soustavě toto nenastává. Některé zdroje základní výroby dosahují KRV okolo 0,8 [jaderná elektrárna (JE) Temelín (0,79) a Dukovany (0,85), parní elektrárna (PE) Ledvice 2 (0,75), Tisová II (0,79), Počerady (0,8)]. Z výpisu dat instalovaných výkonů solárních elektráren a jejich roční výroby v databázi ERÚ vychází průměrný koeficient využití pro tento typ výrobny roven 0,097, kdy KRV jednotlivých FVE se pohybovaly v rozmezí od 0,071 do 0,120. (Použita byla statistika roku 2010 a samozřejmě byly vzaty v potaz pouze FVE spuštěné před rokem 2010.) V různých informačních zdrojích se nejčastěji vyskytuje pro území ČR hodnota KRV pro FVE 0,12. Stejným postupem byly získány hodnoty KRV pro VTE – průměr 0,205; rozmezí 0,114 až 0,275. Takto nízká

21


hodnota u FVE a VTE není dána jejich regulací, nýbrž jejich maximálním možným ročním využitím, které je dáno jejich principem získávání elektrické energie. Také podle tohoto koeficientu lze usoudit, že FVE a VTE jsou nejméně přizpůsobivé zdroje, co se týče potřeb na jejich aktuální provozní výkon.

2.2.2.4 Denní diagram zatížení Tvar křivky průběhu denního zatížení, je dán především denním režimem uživatelů. Do grafu na Obrázek 2-4 byly zakresleny průběhy hrubé spotřeby ve dnech ročního maxima a minima jaké byly v roce 2010. Svislé osy tohoto grafu byly posunuty tak, aby byl patrnější trend denního průběhu zatížení. Posun na vodorovné ose je pak dán systémem letního a zimního času. Navýšení spotřeby přes den je pak dáno především průmyslem, kdy mnoho strojů na výrobních linkách ožívá s příchodem zaměstnanců do práce. 11 500

6 500

11 000

6 000

10 500

5 500

10 000

5 000

9 500

4 500

9 000

4 000

průběh ročního maxima 8 500

3 500

8 000

spotřeba brutto ve dne ročního minima [MW]

spotřeba brutto ve dne ročního maxima [MW]

průběh ročního maxima

3 000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

27.1.2010

hodina

1.8.2010

Obrázek 2-4 Průběh spotřeby brutto ve dnech ročního maxima a minima v roce 2010 Z pohledu FVE je tento trend potřeby elektrické energie příznivý, neboť den je jejich pracovní oblast výroby z pohledu časového. Na druhou stranu se v letních dnech, kdy je spotřeba menší, může stát, že za příznivého počasí bude výroba z FVE až příliš velká. Teoreticky až 2000 MW, což by byla třetina potřeby ve dne ročního minima z roku 2010. Spolu se základní výrobou JE, (která je sice v letních měsících menší, z důvodu možnosti oprav, revizí a výměny paliva při menší spotřebě) a některými dalšími základními zdroji, (které je neekonomické a neefektivní odstavovat na kratší doby) by snadno pokryly celou spotřebu. Relativní riziko velké nadvýroby je v letních dnech však uregulovatelné. Podle slov odborníka z ČEPS, a.s. nebylo ani nutné použít přebytek elektřiny na čerpání PVE ve dne, kdy byla v roce 2010 zaznamenána největší dodávka elektřiny z FVE. Dokonce i ve dnech, kdy díky nepřesné předpovědi počasí bylo z FVE dodáváno i o několik desítek megawattů méně či více než bylo predikováno, se vše podařilo uregulovat bez újmy na spolehlivosti dodávky elektřiny koncovému odběrateli.

22


2.2.2.5 Roční diagram zatížení Tvar křivky průběhu ročního zatížení, je dán především geografickou polohou ČR a z ní vyplývající rozdílné potřeby využití elektrické energie v jednotlivých částech roku. K základnímu zatížení, které vesměs v letních měsících zahrnuje průmysl a potřeby domácnosti, přibývá v zimních měsících potřeba větší míry vytápění a osvětlení. 11 500 11 000 10 500 zatížení brutto [MWe]

10 000 9 500 9 000 8 500

2010

8 000

2009

7 500

2008

7 000 6 500 6 000 5 500 1

2

3

4

5

6 7 měsíc

8

9

10

11

12

Obrázek 2-5 Měsíční brutto bilance výkonu v dobách maxim zatížení ES ČR 2008 – 2010 Tento průběh ročního zatížení je, na rozdíl od denního, pro FVE méně příznivý. FVE zaznamenávají největší dodávku elektřiny právě v letních měsících, kdy je delší den a méně oblačnosti než v zimních měsících.

2.2.3 Stávající cena Z grafického znázornění vývoje ceny elektřiny by nemusela být vyčtena jasná fakta. Především si je třeba uvědomit, že hodnota peněz se den ode dne mění. Stejně tak jakási vázaná hodnota, jako například výše průměrného platu, nemusí být úplně přesná. Tyto poměry se neustále mění. I když by bylo z potencionálního grafu snadno odvoditelné, že ceny za elektřinu například pro domácnosti vzrostly za posledních 10 let zhruba 2,6 krát, musíme také vzít v potaz, že hodnota peněz za stejné období se také změnila. Například v roce 1985 se pohybovala průměrná roční hodnota ceny elektřiny pro domácnosti okolo 0,50 Kčs/kWh a průměrný plat byl tehdy 2920 Kčs. Pro rok 2011 byla určena průměrná cena elektřiny pro domácnosti na 4,54 Kč/kWh a průměrný plat činí okolo 24 000 Kč. Když tyto změny vyjádříme poměry, tak průměrná cena elektřiny vzrostla cca 9 krát, zatímco průměrný plat 8 krát. Za elektřinu tedy zaplatíme dnes víc než v historii, nicméně tento nárůst nemůže být pro převážné množství odběratelů zničující [8]. Trnem v oku mohou být zvyšující se poplatky za služby spojené s dodávkou elektrické energie, zejména pak příspěvek na OZE, který i přes nemalou dotaci ze strany státu zůstává nejrychleji rostoucí položkou ve vyúčtování odběratele.


23

2.3 Predikce stavu alternativních zdrojů S rostoucím podílem instalovaného výkonu a výroby z FVE a VTE, tedy zdrojů s hůře predikovatelnou výrobou, by měl růst i výkon zdrojů, které dokážou rychle a spolehlivě nahradit tyto sice ekologické, ale z pohledu výroby nestabilní zdroje. Možnosti jsou v menších decentralizovaných výrobnách, popřípadě v nějakém druhu akumulační elektrárny. Otázkou pak bude míra spolehlivosti a způsob řízení tolika malých výroben roztroušených všude po území ČR. Trend nárůstu instalovaného výkonu „záloh FVE a VTE“ již započal. Lze si toho povšimnout v Tabulka 2-4 Instalované výkony typů elektráren v ČRv 2.2.2.2. Jde především o nové plynové, spalovací elektrárny (PSE), jejichž palivem může být bioplyn a doba náběhu na plný výkon je jen několik desítek sekund. Z ekologického hlediska jde o plus – zálohovat OZE dalším OZE. Navíc i legislativa k této možnosti přistupuje kladně. Ve spojitosti s předpovědí budoucího stavu AZE je, myslím, vhodné poukázat na tzv. Jevonsův paradox, který by v oblasti AZE mohl být vzhledem k ekologii nápomocen. Britský ekonom W. S. Jevons totiž v dobách počátku průmyslové revoluce predikoval (navzdory všem ostatním), že zvýšením účinnosti parního stroje vzroste spotřeba uhlí. Tento zprvu protichůdný argument se začal vyplňovat. Zvyšováním účinnosti parního stroje sice klesla spotřeba uhlí daného stroje, nicméně na druhou stranu se tento zdroj síly začal uplatňovat i v odvětvích, kde byl předtím neekonomický. Tím se zvýšil počet využívaných parních strojů a tím rapidně stoupla spotřeba uhlí. Něco podobného by se mohlo stát např. v oblasti fotovoltaických panelů, které se, se zvyšující se účinností výroby elektrické energie, začnou uplatňovat ještě více, vzroste jejich prodej a poptávka, což bude motivovat výrobce k vývoji opět nových a výkonnějších panelů atd. Něco podobného, ale s opačným efektem se může stát např. v osvětlovací technice, kde se LED zdroje se zvyšující se účinností začnou využívat i v místech, kde jsme se obešli bez kvalitního zdroje světla.

2.3.1 Predikce vývoje technologie Nové trendy v elektroenergetice jsou v posledních letech dosti populární v mnoha odborných a vědeckých časopisech. Je těžké odhadnout, který nápad najde širší uplatnění v budoucnosti. Z jistého pohledu se vývoj pohybuje ve dvou liniích. První je cesta zlepšování stávající technologie (např. zvyšování účinnosti fotovoltaického panelů), druhá cesta je vynález zcela nové, dosud nevídané možnosti získávání elektřiny. Část odborníků se tedy zaměřuje na inovace, k čemuž jim může pomoci například vyspělý počítačový software, „globalizace výzkumu“ či finanční podpora ze strany instituce, která na inovaci následně vydělá. Tento typ vývoje má asi pevnější základy než druhý, tzn. vynález a realizace nové věci, kdy návratnost investice do takového typu výzkumu je méně jistá.

2.3.2 Predikce využití V ideálním případě by OZE pokrývaly 100 % výroby elektrické energie, což je pro většinu odborníků dnes jistě úsměvné. Tato idea je však podle mého názoru rok od roku méně a méně utopická. Informační média stále chrlí novinky o nových technologiích, které lidstvu dávají naději většího a většího využívání OZE. Na druhou stranu si myslím, že zvítězí hledisko ceny, která bude pro většinu společnosti nepřijatelná. Navíc zde hraje roli mnohem více faktorů, které odhad budoucnosti vývoje energetiky značně stěžují. Může jít především o hru peněz, ale jak se v posledních měsících ukázalo, tak i vliv přírody a „populistické“ gesta politiků (viz JE


24

Fukushima Daiichi a reakce Německa). (Zde nechci kritizovat postup Německa, ale v této poznámce naopak poukázat na možný fakt, že ač odklon od jádra může Německo podle některých zdrojů stát až biliony euro, tak si Německo může tímto vytvořit technologický náskok v oblasti AZE, na kterém pak můžou německé firmy vydělat víc.) V souvislosti s maximálním možným využitím OZE (jako nestálého zdroje) by mělo dojít k realizaci stavby dalších zdrojů a to tzv. regulačních. Jde například o PVE, paroplynové elektrárny (PPE) nebo PSE či další zdroje, které se nyní se nacházejí ve stádiu vývoje (např. tzv. tlakovzdušné elektrárny). Všechny kroky by však měly vést k vizi bezemisní a čisté energie pro všechny tak, jak si to společnost určila.

2.3.3 Predikce ceny Dlouhodobá predikce ceny elektrické energie v dnešním globálním světě, kdy akce a reakce překračují i hranice kontinentů, se jeví jako úkol téměř nemožný. Například svojí roli při zdražení silové elektřiny pro rok 2012 v ČR hrála jaderná elektrárna nacházející se v dalekém Japonsku. Díky zemětřesení a následným problémům v JE ve Fukušimě vzrostly ceny uhlí a zemního plynu, což jsou klíčové suroviny ovlivňující ceny energií ve střední Evropě a nejen v ní. Nemluvě o výše zmíněné reakci Spolkové republiky Německo, která reaguje rychlejším odstavováním starších jaderných bloků a urychlenou výstavbou AZE. Další role ve vývoji ceny elektřiny pak hrají ekonomické krize, války a politické převraty. Teoreticky však lze uvažovat nad tím, že ceny elektřiny dále porostou se zvyšujícími se cenami dosud klíčových energetických surovin, jako je ropa, uhlí, plyn a uran. Dále i samotné zavádění systému SG si vyžádá nemalé investice a to nejen ze strany státu a provozovatelů ES, ale i ze strany konečného spotřebitele energie. Na druhou stranu právě SG mohou uživatelům ušetřit roční náklady za energie, díky jejich lepší kontrole a možnosti regulace, kterou by měl systém SG podporovat. Z opravdu dlouhodobého pohledu můžeme říci, že jsme teprve na počátku komerčního využívání služeb teplárenství, plynárenství a elektroenergetiky. Vývoj těchto oborů a zejména elektroenergetiky jde nezastavitelně kupředu a stav, kdy nebudeme přímo závislí na fosilních palivech později nebo ještě více později přijde. Nicméně jestli budou energie levnější lze těžko odhadnout, neboť energetika byla, je a bude byznys, který je řízen lidmi.

2.3.4 Predikce z pohledu OECD Organizace pro hospodářskou spolupráci a rozvoj (anglicky: Organisation for Economic Cooperation and Development; OECD) založena roku 1961 je mezivládní organizace mající za úkol napomáhat ekonomickému rozvoji, potlačování nezaměstnanosti, stabilizaci a rozvoji mezinárodních finančních trhů. Prostřednictvím této organizace vychází každoročně od roku 1999 publikace nazývající se World energy outlook. V této publikaci je mimo jiné odhad vývoje instalovaného výkonu jednotlivých typů zdrojů elektrické energie a jejich předpokládaná výroba. Z přílohy této publikace pro rok 2008 [9] byla vybrána data do tabulky v 65. Z porovnání celkem tří sad hodnot lze vyvodit některé zajímavé závěry. Z pohledu celosvětového bude růst hodnota celkové výroby elektrické energie o přibližně 2,4 % meziročně. Spolu s tímto také poroste hodnota celkového instalovaného výkonu všech typů elektráren. Podle této predikce se během následujících 24 let (2006 až 2030) dvakrát zvýší instalovaný výkon elektráren, které spalují uhlí. Naopak bude klesat závislost na ropě. Relativně


25

velké přírůstky instalovaných výkonů jsou očekávány v oblasti využívání biomasy a odpadů, větru a slunce. Tímto se také zvýší podíl těchto zdrojů na celkové výrobě elektrické energie. Z části OECD Evropa jde vidět snaha o zmenšení závislosti na fosilních palivech, resp. o snížení emisí. Obecně lze říct, že státy zahrnuté v OECD přispívají ke zvýšení podílu obnovitelných zdrojů nejvíc. Ruku v ruce s tímto také mají menší vliv na zvyšování emisí skleníkových plynů. Snížení instalovaného výkonu uhelných elektráren v období 2025 až 2030 je predikováno s ohledem na stanovené životnosti stávajících elektráren. Nicméně podle mého názoru není výjimkou prodlužování životnosti elektráren nad rámec jejich projektované životnosti z důvodu ekonomických. I toto je proto jeden z důvodů, proč by se tato předpověď neměla brát jako přesná a neměnná. Nicméně konkrétní směr vývoje elektroenergetiky se zdá být určen. Pro srovnání a vytvoření si jakési představy je v 65 uvedena také predikce Číny, jakožto země, která má obrovský ekonomický potenciál, velké plány a není přímo spjata s úřadem (jako je EOCD či EU), který by ji nutil více hledět na množství škodlivých emisí vypouštěných do ovzduší. Informace, že Čína plánuje v průběhu let 2015 až 2030 vystavět (co se instalovaného výkonu týče) více než dvakrát více elektráren spalujících různé druhy uhlí než je v současné době v evropských zemích zahrnutých v OECD, může v leckom vzbudit myšlenku o tom, jaký účel má snaha osvobodit evropskou energetiku od závislosti na fosilních palivech s ohledem na emise.

2.3.5 Možný vývoj energetiky V posledních letech i na český trh pronikají světové novinky z oblasti využívání různých forem energií a jejich přeměny na energii elektrickou a tepelnou. Technologie umožňující vyrábět nebo uchovávat teplo či elektřinu, které jsou většinou bezemisní, jsou čtenými a diskutovanými tématy mnoha odborných časopisů a webů zabývajících se problematikou energií. Zmiňovat a citovat zde všechny z těchto „převratných“ novinek by byl nadlidský úkol a proto si myslím postačí zde zmínit, o čem se dnes může člověk dočíst. Kromě řekněme celostátních událostí, jako je prohlášení ČEZ, že chce investovat do decentralizované výroby, přes celosvětové události oznamující možnosti výroby elektřiny a tepla přímo v domácnostech za pomocí kogenerací s různými druhy primární energie po zprávy typu, že Japonsko štědře dotuje palivové články pro domácnosti (Household Fuel Cells) či, že vědci z MIT (Massachusetts Institute of Technology) vidí budoucnost energií domácností ve vodíku. To, že je investováno veliké úsilí a mnoho finančních prostředků do vývoje nových technologií v oblasti energetiky je dle mého názoru dobrá věc, neboť se tímto lidstvo posunuje dál ve svém technologickém vývoji. Ne nadarmo se pak uvádí, že třetím pilířem technologického náskoku státu je po kosmonautice a vojenství právě energetika. Druhou stranu mince pak tvoří skutečná dostupnost hotových technologií na trhu a hlavně jejich cena. Ještě nějakou dobu potrvá, než bude většina domácností energeticky soběstačná a otázkou zůstává, zdali k tomuto vůbec někdy dojde. Střízlivý pohled na věc pak spíše dochází k závěru, že jde o hudbu daleké budoucnosti a že je lepší zabývat se problémem, který se jeví jako současnější, tedy odklonem od emisních technologií, částečnou decentralizací výroby a problematikou řízení nastávající „verze“ ES.

2.4 Potenciál Každá výrobna má své atributy. Můžou jimi být například: cena za množství vyrobené elektřiny, instalovaný výkon vztažený na určitou plochu, doba náběhu na plný výkon, doba


26

odstavení zdroje, pořizovací cenová hodnota, provozní náklady, doba využití maxima, životnost atd. Těchto atributů by bylo možno nalézt, popř. vymyslet spousty. Záměrně jsem užil dosti nepoužívané atributy, jako je výkon na plochu. Ten totiž hraje velkou roli u FVE. (Kdybychom například chtěli nahradit elektrárnu Dětmarovice stejným instalovaným výkonem fotovoltaických panelů, bylo by nutné využít plochu mnohonásobně větší, než jakou zabírá stávající parní elektrárna. V orientačních číslech: areál Dětmarovické elektrárny zabírá plochu necelého 1 km2 a její výkon je 800 MW. To je 800 MW/ km2. Na trhu je nabízena spousta panelů s rozměrem okolo 2 m2 a max. výkonem 270 W. Tj. potřeba 5 tis. panelů na plochu 1 km2. Tyto pak budou mít výkon 1,35 MW. To je téměř 600× menší instalovaný výkon na stejnou plochu oproti PE. Navíc není uvažováno s odstupem panelů ani s KRV, který by výkon na plochu ještě o mnoho snížil. Tento extrémní příklad byl uveden proto, aby byl patrný možný velký rozdíl atributů jednotlivých výroben. Převážná většina AZE, kromě FVE a VTE, se pak oproti PE a JE vyznačuje možnou rychlou dobou náběhu a menším instalovaným výkonem výrobny. Všude po světě pak platí, že snad jen s výjimkou vodní energie jsou AZE bez další finanční podpory nekonkurenceschopné v porovnání s velkými, klasickými zdroji elektrické energie. Z geografického hlediska na tom není ČR dobře v žádném z odvětví OZE. Resp. ČR se nemůže pevně opřít ani o jeden zdroj, jenž by více či méně vyřešil například požadavky EU vzhledem k podílu využívání OZE (pro ČR – 13% podíl OZE na celkové spotřebě elektřiny do roku 2020) nebo by zajistil stabilní zdroj elektrické energie. Z pohledu vodní energie má ČR dost nevýhodnou polohu, neboť není státem přímořským a převážná většina řek v ní pramení, načež tedy má malé vodní toky, často s kolísavým průtokem a s malými spády. Případnou výstavbu malých vodních elektrárnách (MVE) pak často komplikují majetkové spory s vlastníky pozemků potřebných pro stavbu vodního díla a ekologické spory kvůli negativnímu ovlivnění krajiny stavbou. Rozloha ČR pak není dostatečně velká ani na případné pěstování biomasy ve větším množství a ani počet slunečních dnů zde není takový, aby se zde lépe vyplatila investice do FVE. Většímu využití větrné energie pak většinou brání legislativa (chráněné krajinné oblasti) a lidé, kterým z různých důvodu VTE vadí. To ještě více zvětšuje nechuť investorů investovat do tohoto typu AZE. Dokonce i bez negativního postoje společnosti by větší uplatnění hledali investoři těžko, neboť i z pohledu větrné energie patří území ČR mezi slabší hráče. Ani energie geotermální se s největší pravděpodobností nestane spasitelem v odvětví energetiky. Podloží v ČR není moc vhodné pro využívání tepelné energie nitra Země jako je tomu v jiných zemích, a tak i tento druh energie není předurčen k tomu, aby se obešel bez velkých investic, potřebných k jeho realizaci.

2.5 Akumulace energie Často diskutovaná otázka v kontextu se SG a využíváním AZE je akumulace energie. V současné době se v ČR využívá pro akumulaci elektrické energie dvou PVE. Jejich výkon zatím vždy spolehlivě postačil na případné odchylky v síti, ať již tyto byly způsobeny jakkoliv. Je nutné si uvědomit, že PVE nebyly budovány pro potřeby přebytku z výroby FVE a VTE, ale jako podpůrné služby (PpS) pro potřeby sekundární regulace frekvence a salda předávaných výkonů v ES. Jejich výhoda oproti ostatním zdrojům užívaných pro sekundární regulaci (VE, PSE) je ta, že dokážou regulovat i přebytek elektrické energie svým čerpacím režimem.


27

2.5.1 Budoucí akumulace Pří úvaze zdali je kapacita českých PVE dostatečná i do budoucna s ohledem na možné potřeby akumulace ze zdrojů jako FVE či VTE, je dle mého názoru důležité vzít v potaz i další atributy a faktory budoucí sítě. Ať už jde právě o decentralizovanou výrobu pomocí AZE, nebo o možnost využití možností SG či elektromobilů, tak je potřeba další akumulační elektrárny jen těžko predikovatelná.

2.5.1.1 Elektromobily Existuje zde například možnost využití akumulátorů budoucích elektromobilů jako jakési virtuální akumulační elektrárny. Tato možnost však bude využitelná tehdy, až bude dostatečný počet elektromobilů (s ohledem na velikost akumulátoru), propracovaný systém řízení těchto akumulačních a zpětných operací a hlavně motivace pro majitele elektromobilů poskytovat své vozy pro potřeby ES. Otázkou je, co se finančně vyplatí víc? Kdyby byl teoreticky systém SG budován bez ohledu na potenciál elektromobilů, tak by využití elektromobilů pro vznik virtuální akumulační elektrárny byla maličkost. V opačném případě by nejspíš bylo snadnější postavit další PVE.

2.5.1.2 Jiné možnosti akumulace elektrické energie PVE není nejúčinnější, co se týče přeměn energií. Ze zdroje [10] (jehož je autor známý expert na palivové články Ufl Bossel) je zřejmé, že nejméně ztrátové akumulace dosáhneme za použití superkapacitorů, které se v budoucnu mohou nacházet v soběstačných rodinných domech či firmách a podnicích. Nabízí se zde pak možnost využít tohoto akumulačního prostředku prostřednictvím spolehlivého řízení. Vždy je však nutno započítat ztráty, které vznikají mezi přeměnami energie. U PVE to je například prosakování a odpařování, u baterií pak ztráta kapacity, nicméně v horizontu hodin by tato ztráta neměla být výrazná. Zajímavá by také byla možnost umožnit majitelům větších bateriových stanic zapojit se komerčně do systému PpS, kdy za poskytnutí nevyužívané kapacity by byla poskytnuta například finanční kompenzace, ostatně podobně, jak k tomu nejspíše dojde u elektromobilů. Systémy akumulace energie zažívají v poslední době také boom (ostatně jako celé AZE a bezemisní technologie), jak již bylo zmíněno v 2.3.5, lze tudíž usuzovat, že ve spojení s budoucím systémem SG se naskytnou širší možnosti jak skladovat elektřinu.

3 Smart Grids

28

3 SMART GRIDS Tento pojem můžeme volně přeložit jako „Inteligentní sítě“. Často se také můžeme setkat s pojmem „Chytré sítě“. Jde o typ elektrické a komunikační sítě, která v reálném čase umožňuje regulovat výrobu a spotřebu elektrické energie a to jak v globálním, tak v místním měřítku. K tomu využívá další prostředky, jako jsou tzv. smart meters, tedy „chytrá měřidla“. Systém Smart Grids (SG) by měl v budoucnu umožnit „chytré“ řízení nejen elektrické energie, ale také plynu, vody a tepla. Smart Grids European Technology Platform (SGETP) definuje SG jako: elektrickou síť, která umí inteligentně začleňovat veškeré funkce všech uživatelů k ní zapojených – generátorů i spotřebitelů tak, aby byla účinně zajištěna efektivní, ekonomická a bezpečná dodávka elektrické energie [11]. Důvodem snahy zavést systém chytré sítě do již stávajícího systému je měnící se struktura ES. Od dřívější podoby, kdy převažovaly velké centrální zdroje a toky výkonů se pohybovaly vesměs jedním směrem, se na úrovni distribučních sítí mění do podoby, kdy existuje více decentralizovaných menších zdrojů výroby, a toky výkonu mohou jít oběma směry. To, spolu s rostoucím podílem nestabilních zdrojů, jako je FVE a VTE, klade větší požadavky na řízení chodu ES. Jedna z původních myšlenek také byla snaha o rozložení spotřeby mimo dnešní špičky denní spotřeby z důvodu ekonomického. Systém SG by tedy měl hrát významnou roli při transformaci zdrojů výroby elektrické, ale i tepelné energie. Je třeba si uvědomit pokud možno všechny aspekty stávající a budoucí situace okolo energií. Ať už jde o stálost dodávky primárních zdrojů (jako je uhlí, plyn, ropa), legislativní požadavky, vývoj spotřeby a jiné, je nutné s dostatečným předstihem zajistit potřebné kapacity, aby byla zajištěna jistota a spolehlivost dodávky. Právě tato předpověď se stane ještě složitější (s ohledem na větší využití OZE) a bude muset být vyvinuto více úsilí k tomu, aby byla zajištěna spolehlivost dodávky. Už dnes je relativně složité s vysokou pravděpodobností předpovědět řekněme „dlouhodobé“ události, jako deprese či naopak ekonomický růst, připojení velké zátěže do sítě nebo vývoj politiky sousedních státu v oblasti energetiky. (Ukázkový příklad je stavba obrovských větrných parků na severu Německa, která negativně ovlivňuje toky výkonu nejen i v naší ES). Další predikce spotřeby a stavu přenosové a distribuční soustavy řekněme „krátkodobé“ jsou dnes také těžko předvídatelné a právě v souvislosti s těmito by měl hrát systém SG významnou roli vzhledem k jeho možnostem řízení provozu ES. Jedná se např. o náhlý výpadek většího zdroje, nepředvídatelné nárůsty či propady spotřeby, prudké klimatické změny (zejména v souvislosti s VTE a FVE), poruchy v sítích lokálního, státního i mezinárodního charakteru. Se všemi těmito problémy by se měl zamýšlený systém chytré sítě umět vyrovnat. Se SG je neodmyslitelně spjat pojem smart metering (SM). Právě tento prvek umožní správné fungování inteligentních sítí. Tento element se také objevil v dokumentu Aktualizace státní energetické koncepce (SEK) ČR z února 2010: Zajistit do roku 2020 vybavení ž 80 % odběrných míst inteligentními měřícími systémy a jejich zapojení do řízení distribučních soustav na podkladě zpracované studie ekonomických dopadů do regulované složky ceny. A: Zajistit implementaci systému inteligentních sítí a decentralizovaného řízení umožňující dálkové řízení všech zdrojů s výkonem nad 1 MW a významné části (až 80 %) spotřeby do roku 2020 na základě dříve provedené analýzy [12]. Tato část vychází z evropské direktivy č. 2009/72/EC evropského parlamentu a evropské rady [13], již je ČR povinna implementovat do svých předpisů, tedy energetického zákona.

3 Smart Grids

29

3.1 Cíle a výzvy SG Předem je třeba si uvědomit změny ve struktuře elektroenergetického systému z pohledu struktury výroby. Právě systém SG by měl hrát roli při zvládnutí problémů řízení chodu ES spojených se změnou struktury výroby. Hlavní změny z pohledu výroby jsou zejména rostoucí objem distribuované výroby (DV) a růst objemu výroby z OZE. Hlavní rozdíly mezi klasickým dosavadním elektroenergetickým systémem velkých centralizovaných zdrojů a systémem s DV a OZE z pohledu DV a OZE: • • • • •

Mohou být provozovány odběratelem, ne profesionálním energetickým dodavatelem. Jsou spíše připojovány do DS, než do PS. Jejich výroba nemusí být stálá a ne plně předvídatelná. Výroba může mít danou prioritu před jinými zdroji. Těchto výroben může být mnohonásobně víc.

Tyto skutečnosti přidávají na složitosti řízení celého elektroenergetického systému. Výzva budoucího systému řízení ES tedy spočívá ve vypořádání se jednak s těmito skutečnostmi a dále i problémy tímto vzniklými, jako je komunikace, správné rozdělení výroby, ekonomie, ekologie atd. V dokumentu pro evropské elektrické sítě budoucnosti [14] je definováno následujících deset cílů, které by měly budoucí systém chytrých sítí umožňovat: • • • • • • • • • •

poskytnout uživatelsky orientovaný přístup a umožnit nové služby pro vstup na trh; vytvořit ekonomické podmínky pro renovaci elektrické sítě; zachovat bezpečnost dodávek, zajistit začlenění a vnitřní správu; zajistit dostupnost na liberalizovaném trhu a podpořit hospodářskou soutěž; poskytnout možnost DV energie a využití OZE; zajistit co nejlepší využití centralizované výroby; vhodně zvážit vliv limitů životního prostředí; umožnit účast na straně poptávky; informovat politické a právní aspekty; zvážit společenské aspekty.

Nasazení systému chytrých sítí musí zahrnovat nejen technologické, tržní a obchodní úvahy, úvahu o dopadu na životní prostředí, právní rámce, normalizace využití informačních a komunikačních technologií a migrační strategie, ale i společenské požadavky a vládní edikty. S vizí provozu a řízení sítě pomocí systému SG se pak otevírá možnost dalších využití, která by byla do současného systému těžko (hůře) implementována. Tyto nové možnosti, přínosy samy o sobě a výzvy by měly být společensky a ekonomicky přínosné. Patří mezi ně [14]: • • • •

posílení sítě - je nutno dbát na dostatečnou kapacitu propojení zdrojů energie a spotřeby, zejména obnovitelných zdrojů, v celé Evropě; přechod na offshore výrobny - rozvoj nejefektivnějších propojení větrných elektráren na moři a jiných mořských technologií; vytvoření decentralizovaných struktur - umožní vytvořit elektrické napájecí systémy v menším měřítku, které budou schopny pracovat harmonicky s celkovým systémem; komunikace - poskytnutí komunikační infrastruktury, dávající potenciálně miliónům účastníků možnost fungování a obchodování v rámci jednotného trhu;

3 Smart Grids

• • • • •

30

aktivní strana poptávky - umožnit všem spotřebitelům, s nebo bez vlastního generátoru, hrát aktivní roli ve fungování systému; integrace výroben elektřiny s nesouvislou výrobou - najít nejlepší způsoby integrace výroben elektřiny s nesouvislou výrobou včetně bytových mikrogenerátorů; vylepšená inteligence výroby, poptávky v síti; osvojení výhod decentralizované výroby a skladování; Příprava pro elektrická vozidla - vzhledem k tomu, že systém SG se musí přizpůsobit potřebám všech spotřebitelů, jsou elektrická vozidla obzvláště zdůrazňována, kvůli jejich mobilnímu a vysoce rozptýlenému charakteru a případné masivní nasazení v příštích letech, by mohlo znamenat velkou výzvu pro budoucí elektrické sítě.

3.2 Metering Jak již bylo zmíněno, smart metry jsou důležitou součástí systému SG. V oblasti elektroenergetiky jde vesměs o elektroměry, které navíc dokážou odesílat data o měření a požadavcích a přijímat data nadřazených systémů. Součástí by mělo být i jakési uživatelské rozhraní. V rámci této podkapitoly jsou rozebrány některé aspekty a parametry měřidel elektrické energie a také jsou zde nastíněny některé problémy, které mohou při jejich implementaci, či jejich fungování nastat. Bude nelehké vyprodukovat výslednou podobu smart metrů, neboť ne všichni odběratelé mají stejné možnosti odběru a případně stejné dodávky energií. Jestliže bude v zájmu snížení výrobních nákladů a snížení počtu modulů přijímající/odesílající data samostatně snaha o jakýsi univerzální smart metr, který bude měřit a řídit veškeré energie samotného odběrového místa, mělo by těchto základních typů být hned několik. A vzhledem ke složitosti by měl být brán zřetel na případné možnosti rozšíření o další dílčí moduly. Myšlenku mohu uvést na příkladu bytu v panelovém domě, který „přijímá“ elektřinu, studenou, popř. teplou vodu a plyn. V tomto bytě by měl jeden smart metr umět pracovat právě s těmito dodávanými službami, bez předpokladu, že například vznikne možnost dodávky elektřiny do sítě z fotovoltaických panelů příslušících tomuto bytu. Na rozdíl od bytu v panelovém domě by smart metr rodinného domu měl navíc umět například pracovat s možností dodávky elektřiny z fotovoltaických panelů příslušících domu.

3.2.1 Měřící technologie V kontextu s měřením a řízením spotřeby se vyskytují pojmy jako AMR, AMM, AMI, smart metering a HDO. Jedná o technologie, které vytvářejí informace pro komunikaci mezi odběratelem a spotřebitelem. V následujícím přehledu a stručném rozboru jejich základních charakteristik jsem záměrně neuvedl „klasické“ elektromechanické nebo elektronické elektroměry, které komunikují s distributorem formou manuálních odečtů a do vize konceptu SG nezapadají.

3.2.1.1 AMR (Automatic Meter Reading) Tento systém složí k odečtu dat o odebrané energii u zákazníka. Data jsou pak odesílána do datové centrály, kde se dále zpracovávají. V podstatě jde pouze o dálkové automatické odečty. Jedná se v podstatě o vylepšení klasických odečtů, kdy odpadá potřeba pověřené osoby, která navštěvuje odběrné místo a provádí manuálně odečet.

3 Smart Grids

31

3.2.1.2 AMM (Automatic Meter Management) Informační zdroje také často uvádějí tuto zkratku jako Advanced Metering Management. V podstatě jde o elektroměry, které dokážou informace nejen odesílat, ale i přijímat, čímž rozšiřují možnosti AMR o další funkce, jako jsou např. řízení cenových tarifů, dálkové odpojení odběrného místa (ochrana před neplatiči), dálkové nastavení maximálního vstupního příkonu (tzv. Demand Management) atd. Systém AMM by měl být sto nahradit systém kombinace AMR a hromadného dálkového ovládání (HDO).

3.2.1.3 AMI (Advanced Metering Infrastructure) Systémem AMI se předpokládá rozšíření systému AMM o možnost řízení některých spotřebičů odběratele na základě vyhodnocení odečtených a přijatých dat. Jedná se tedy o ještě chytřejší systém než je AMM a AMR. Na komunikaci jsou tedy kladeny vysoké požadavky zejména v oblasti rychlosti přenosu velkých objemů dat s co nejmenším zpožděním a téměř v reálném čase.

3.2.1.4 Smart Metering (SM) Tento systém můžeme zařadit na konec vývojového řetězce elektroměrů. Mimo jiné nabízí možnost řízení spotřebičů odběratele na základě vyhodnocení odečtených a přijatých dat a dovoluje také plánovat spotřebu. Pokud dojde k rozšíření na větší území, dá se předpokládat, že realizací tohoto systému se nahradí systém HDO. Dalším plusem oproti AMI je možnost častějších odečtů (a to téměř v reálném čase), což je výhodou zejména pro distributora. Dále pak instalací měřidel po přenosové trase je možné odhalit netechnické (teoreticky i technické) ztráty, jak je naznačeno na Obrázek 3-1 Určení netechnických ztrát pomocí chytrého měření. Zde je pak nutné správně určit technické ztráty. Dalším předpokladem je pak lepší rozložení zátěže.

Obrázek 3-1 Určení netechnických ztrát pomocí chytrého měření Je nutno ještě uvést, že některé zdroje a literatura uvádějí smart meter ve stejné rovině jako AMM či AMI, tedy že smart meter = AMM či smart meter = AMI.

3.2.1.5 HDO (Hromadné dálkové ovládání) V současné době se v ČR využívá systém HDO, jehož úkolem je pomáhat „vyrovnávat“ křivku denního zatížení a tím pomoci k lepšímu řízení výroby a spotřeby. Prakticky pak takovéto řízení výkonu obecně přispívá k [15]:

3 Smart Grids

• • •

32

snížení nákladů na vykupovanou elektřinu dodržením hodnot smluvního výkonu; lepšímu využití elektráren a minimalizaci nákladů na výrobu,; dokonalejšímu využití investic do rozvodného zařízení distribučních sítí tím, že je možné připojit větší počet akumulačních spotřebičů.

Jde o systém, který pomocí vysílačů HDO vysílá řídící povel po silovém vedení k určitým spotřebičům, které tímto může uvádět do provozu. V podstatě se jedná o jednosměrnou komunikaci využitou pro přepínání tarifů na elektroměrech (obecně známých jako denní a noční proud, či jako vysoký a nízký tarif) a pro zapnutí/vypnutí vybraných spotřebičů. Mezi spotřebiče pracující s tímto signálem patří takové, které dokážou energii akumulovat nebo lze jejich produkci nějakým způsobem skladovat. Jedná se např. o akumulační ohřev vody v domácnostech i v průmyslu; akumulační vytápění; přímotopné elektrické vytápění; tepelná čerpadla; klimatizační zařízení; příprava krmiv v zemědělství; elektrické pece v průmyslu a potravinářské výrobě; čerpací zařízení vodáren; lázně, bazény (kryté i venkovní) apod.[15] Díky takovémuto řízení není do jisté míry nutné připojovat zdroje při navýšení spotřeby, a naopak je odpojovat při poklesu spotřeby. Možnosti použití systému HDO je možné rozdělit do tří základních skupin [15]. • Přímé ovládání elektrických spotřebičů: • • • • • • • •

zásobníky horké vody v domácnostech, průmyslu a zemědělství; akumulační elektrické vytápění v domácnostech a ve veřejných institucích; elektricky vytápěné kotle; průmyslové pece; velké elektricky vytápěné pračky; zásobníková, závlahová a jiná čerpadla; elektrické motory v zemědělství; různé další spotřebiče uvnitř průmyslových nebo zemědělných závodů a soukromých firem.

• Ovládání pro tarifní účely: • • • •

přepínání dvojtarifních elektroměrů pro různé typy dvojtarifů; ovládání elektroměrů pro měření maxima odběru v daných časových intervalech; ovládání elektroměrů pro měření maxima odběru s předsignálem; ovládání elektroměrů pro měření maxima odběru s kumulativním číselníkem.

• Provozní energetické účely: • • • • • • • •

ovládání spínačů podružných silnoproudých vedení; ovládání podružných transformačních stanic; spínání kondenzátorových baterií pro kompenzaci účiníku; ovládání spínačů pro zkoušení zemních spojení; ovládání omezovačů příkonu a hlídačů maxima; svolávání poruchových energetických čet; regulace odběrových diagramů elektřiny; spínání geograficky rozptýlených měřících bodů pro statistické účely energetiky.

Přenos řídicích povelů je realizován impulzním kódem s kmitočtem řádově do jednotek kHz. Na území ČR se využívá nejčastěji frekvence 216,66 Hz. Další kmitočty, které se používají, jsou například: 183,33 Hz, 283,33 Hz, 760 Hz, 1 060 Hz. Takto vytvořený kód je superponován

3 Smart Grids

33

na základní kmitočet energetické sítě, tedy 50 Hz. Signál se vysílá do každé fáze vysokého napětí, aby procházel přes silové transformátory a aby bylo možné umístit přijímače na libovolném místě v síti. Systém HDO by se za určitých podmínek dal využít pro koncept SG, nicméně se s tímto modelem nepočítá. Důvodem může být určitý evropský trend, kdy systém HDO nevyužívá mnoho distributorů, nebo jde o klasické nevýhody systému HDO, jako je provoz bez zpětné signalizace o provedení/neprovedení povelu či rušivé vlivy při provozu HDO. Za tyto negativní vlivy se považují [15]: • •

•

krátkodobá parazitní napětí (přechodové jevy při zapínání a vypínání velkých spotřebičů, atmosférické výboje atd.), která ovlivňují šíření signálu HDO; parazitní napětí trvalého rázu, jejichž příčinou jsou deformace sinusového průběhu křivky síťového napětí, které za vzniku vyšších harmonických mohou vyvolat všechny stroje, zejména pak pomaloběžné generátory (zejména 5., 7., 11. a 13. harmonická), elektrické pece, polovodičové usměrňovače a střídače; rezonanční vlivy, které mohou vzniknout tam, kde se současně vyskytuje indukčnost i kapacita, tedy prakticky v celé síti. Pravděpodobnost těchto jevů je tím menší, čím méně je síť rozlehlá, čím méně obsahuje kapacit, čím je signální frekvence nižší a čím více je síť ohmicky zatížená.

Samozřejmě pak existují prostředky, které bezchybné šíření tónového signálu HDO po síti podporují. Více o této problematice viz literatura [15]. Důležitým parametrem systému HDO je pak volba signální frekvence, jejíž volbu ovlivňují faktory jako parametry napájecího místa; rozsáhlost ovládané sítě (centralizované nebo necentralizované napájení); převaha venkovního nebo kabelového vedení; napěťová úroveň, do které provádíme napájení tónovým kmitočtem; počet napěťových transformací v ovládané síti; velikost kompenzačních kondenzátorových baterií a jejich množství, popř. napěťová úroveň, ve které jsou zapojeny; způsob veřejného osvětlení a jeho provedení; velikost činného zatížení a jeho kolísání; velikost a druh vyšších harmonických v ovládané síti; způsob připojení vysílače tónového kmitočtu na síť; únik výkonu tónového kmitočtu signálu; křivka selektivity přijímačů; speciální případy konfigurace sítě [15]. Některé tyto faktory pak spolu úzce souvisí a navzájem se podmiňují. Z dalšího zkoumání vlastností signální frekvence bychom pak mohli odvodit, jaké frekvence jsou vhodné pro jaké sítě. Nejnižší frekvence tónového signálu jsou vhodné pro centralizovanou výstavbu vysílačů HDO s napájením do nejvyšších napěťových úrovní a všude tam, kde půjde o několikanásobnou transformaci napětí. Rozlehlost sítě zde není překážkou a kapacity v ní nemají velký vliv na provoz. Naopak nejvyšší frekvence je vhodná pro decentralizovanou výstavbu na nejnižší napěťové úrovni. Cílem této podkapitoly bylo přiblížit problematiku HDO. Přes všechny komplikace se systémem HDO spojenými by tento systém mohl fungovat v koexistenci se systémem SG. Myslím si, že by se měly dále zkoumat možnosti uplatnění tohoto zaběhlého systému řízení spotřeby a jeho možné role v budoucím „chytrém“ systému řízení sítě a to nejen z důvodu především ekonomického, ale i technického.

3 Smart Grids

34

3.2.2 Smart metry pro ektroenergetiku Podle směrnice 2004/22/EC Evropského parlamentu a Rady evropské unie [16] má být měřená jednotka elektrické energie zobrazována v jednotce kWh nebo MWh. Co se týče měřených veličin, mohou být v případě elektrické energie měřeny tyto: • • • • • • • • •

okamžitý výkon; jalový výkon; účiník; napětí; proud; maximální požadavek výkonu; výroba energie (činné a jalové); vybraná charakteristika kvality výkonu; částečná spotřební data (např. toky výkonu jednotlivého spotřebiče).

Z pohledu jakési zpětné vazby odběratele mohou být na základě těchto měřených veličin a dalších doplňujících dat (např. cena elektřiny) poskytovány navíc například tato data: • • • •

vyhodnocení dílčích spotřebních dat (spotřeby jednotlivých spotřebičů); kalkulace ceny (okamžitá a celková); emise (okamžité a souhrnné); odhad následující výše platby za elektřinu.

3.2.2.1 Metering elektromobilů Jedním ze znaků smart metrů určených pro elektromobily je jejich fyzická závislost na určitém místě, kde jsou instalovány. K tomuto přípojnému dobíjecímu místu se ale bude moci připojit kterýkoliv elektromobil. Požadavek na smart metry v dobíjecích místech tedy musí být schopnost přiřazovat jednotlivé odběry různým odběratelům. Jedna z představ může být taková, že smart metr rozpozná připojený elektromobil na základě vzájemné elektronické komunikace a platbu za odebranou elektřinu začlení do účtu za elektřinu majitele elektromobilu. Další možnost může být pouze odeslání informace o dodané elektřině na terminál elektrické obdoby benzinové čerpací stanice, kde vyúčtování provede na místě obsluha čerpací stanice. Možností jak řešit toto specifikum by být mělo více, vždy však v závislosti na požadavcích zákazníka.

3.2.3 Integrace smart metrů do SG V současné době mnoho velkých energetických společností testuje možnosti systému chytrých sítí. Právě toto testování je pak podmínkou pro rozvoj celého systému. Podle [17] jsou zkušenosti ze Spojených států amerických takové, že jedině aktivní zapojení regulátorů a distribučních společností v iniciativě okolo SG vede k začleňování a zatraktivňování modelu SG pro ostatní účastníky energetického systému. Z tohoto důvodu je doporučeno, aby výrobci, regulátoři a operátoři měli společnou vizi zavádění systému SG. Před tím je však důležité uvážit otázku implementace SM, z něhož systém SG bude vycházet. V mnoha evropských zemích jsou v chodu projekty, které mají cíl ve vyladění systému měření a sběru dat a následné odzkoušení zpětné vazby. Faktem také je, že vlády mnoha vyspělých evropských zemí plánují investice do systému SG. Na druhou stranu mnohé země teprve zvažují, zdali investovat do výzkumu nového typu regulace.

3 Smart Grids

35

V ČR byl v souvislosti s výzkumem SG vybudován tzv. Smart region Vrchlabí, kde se zkoušejí technické prostředky a možnosti budoucího systému SG. (Více viz 3.6.) Otázkou zatím zůstává, jak bude vývoj systému SG podpořen ze strany státu. To by mělo být jasnější z nové SEK, která by měla být předložena v průběhu června 2012. To, jak se v nové SEK k problematice SM a SG postaví stát, poskytne určitý předpoklad pro další vývoj, neboť zájemcům o investice do zmiňované problematiky bude dána „jistota“ směru, kterým se bude česká energetika ubírat.

3.3 Komunikační technologie SG Podmínkou SG, co se týče komunikace prvků systému, je obousměrné předávání informací. Představa je taková, že jedním směrem proudí informace o spotřebě a požadavcích spotřebitele výrobcům, OTE, ČEPS a ERÚ, a informace, především o cenách elektřiny, směrem ke spotřebiteli. Vše by mělo navíc probíhat s co nejmenším zpožděním. Nutná bude snaha začlenit již fungující chytré měřiče a také budoucí do určitého systému komunikace, laicky řečeno tak, aby se každý s každým domluvil. Dosavadní chytrá měřidla, ať už v ČR nebo EU, využívají ke komunikaci s nadřazeným prvkem kabelové [PLC1 (PowerLine Communication - obecná zkratka označující úzkopásmový a širokopásmový přenos zpráv po elektrické síti) nebo optické vlákno] nebo bezdrátové (radio, GPRS/GSM, wi-fi) komunikace pomocí různých komunikačních protokolů. Pro budoucí systém bude třeba tyto rozmanité typy komunikace přiměřeně sjednotit tak, aby vyhodnocovací software byl schopen komunikovat s měřidly.

3.3.1 Přenosové technologie V závislosti na místě instalace měřidla (ve smyslu polohy odběrového místa) by měl být zvolen nejvýhodnější typ komunikace s nadřazeným systémem. Různé přenosové technologie používají k přenosu informace různé prostředky. V rámci této podkapitoly jsou popsány ty, které jsou vhodné pro koncept SM (a zároveň jsou využívány a testovány v pilotních projektech různých energetických společností v kontextu se SM). Otázkou zůstává, zda je lepší pracovat jen s jednou přenosovou technologií, či se snažit o používání specifické přenosové technologie podle místa a možností odběru. Obě možnosti s sebou nesou výhody i nevýhody. Z hlediska nákladového se mi jeví jako levnější a lepší varianta ta, která přenos informace uskutečňuje podle specifických podmínek odběratele. Je ale nevhodné stanovovat jakési pevné priority, podle kterých bude volena ta či ona přenosová technologie, poněvadž každá z nich má ještě další specifika, která ji mohou v dané situaci degradovat před jinými.

3.3.1.1 GSM (Global System for Mobile Communication) Vývoj této technologie se dělí do několika fází. Každá vždy přidává nové možnosti v závislosti na vývoji standardu hlavně okolo telekomunikačních služeb, kde je GSM celosvětově využívanou technologií pro komunikaci. Více o této technologii viz zdroj [18].

3.3.1.2 GPRS (General Packet Radio System) Tato technologie je rozšířením sítě GSM a umožňuje rychlejší přenos dat (teoreticky až 171,2 kbit/s). Technologie využívá tzv. paketů a pracuje na protokolu IP (Internet Protocol). Skutečná rychlost komunikace je závislá na rozdělení využití tzv. timeslotů v komunikačním kanále, což je dáno směrem komunikace a zvoleným komunikačním schématem (Coding

3 Smart Grids

36

Scheme). Stejně jako všechny zde zmíněné přenosové technologie pak svou rychlostí plně postačuje nárokům SM.

3.3.1.3 Internet Jedná se o celosvětovou počítačovou síť, kde spolu počítače komunikují pomocí protokolů TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol). V podstatě jde i propojení jednotlivých podsítí dohromady. Prakticky pak každá stanice (počítač popřípadě budoucí smart metr) má svoji IP adresu, podle které je v síti identifikována. Provoz je pak směrován pomocí směrovačů (routerů). Tento typ komunikace je stále více využíván jak domácnostmi, tak průmyslovými podniky. Poskytovatelé internetu, jak ho známe dnes, nabízí vždy dostatečně rychlé připojení pro případné využití této přenosové technologie v konceptu SG. Výhodou tedy může být rozšířenost míst s možností připojení internetu a nevýhodou pak bezpečnost.

3.3.1.4 PLC1 (Power Line Communication) Jak již zkratka napovídá, jedná se o typ přenosu využívající vedení elektrické sítě. Tato technologie byla předurčena k vytváření lokálních sítí a připojení koncových uživatelů do sítě Internet. Vzhledem k možnosti využití stávající sítě pro přenos informace se PLC1 jeví jako ideální pro přenos informací mezi odběratelem a dodavatelem. Problémem však je, že elektrická vedení nejsou uzpůsobena k přenosu informací. Použití PLC1 se vyznačuje značným rušením především spotřebiči v síti a malým dosahem způsobeným velkým útlumem na vedení. V posledních dvou letech byly zavedeny standardy této komunikace, což bylo v minulosti označováno za další z nevýhod. Podle přenosové rychlosti a způsobu používání se tento typ komunikace označuje: • • • •

BPL (Broadband over Power Lines); PLT (Power Line Telecom); PLN (Power Line Networking); PDSL (Power Line Digital Subscriber Line).

V kontextu se SM se lze pak nejčastěji setkat BPL.

3.3.1.5 RF (Radio Frequency) Radiofrekvenční přenos je bezdrátovou komunikací, většinou provozovanou v pásmu 433 MHz nebo 868 MHz. Vyžití nachází, vzhledem k nepotřebě vodičů, u odečtu vody a plynu a, vzhledem ke krátkému dosahu (stovky metrů), především v bezdrátové komunikaci mezi měřidlem a datovým koncentrátorem.

3.3.1.6 Datové linky Na počátku 90. let 20. století se začalo zkoumat, jak lépe využít telefonních linek, které byly v mnoha domácnostech a podnicích zavedeny a byly zatím využívány pouze k přenosu hovorů. Jako nejvhodnější se ukázala být technologie DSL (Digital Subscriber Line), která využívá toho, že pro telefonní hovory vystačí přenos v pásmu 3 až 3400 kHz, přičemž daná metalická vedení jsou schopna přenášet signál i v řádu MHz. Nevýhodou přenosu vysokých kmitočtů je klesající přenosová rychlost při zvyšující se vzdálenosti.

3 Smart Grids

37

U DSL rozlišujeme vesměs dva druhy přenosu. Symetrický, u něhož je přenosová rychlost v obou směrech stejná (např. SDSL, IDSN, HDSL, VDSL) a asymetrický, u něhož je zpravidla download rychlejší než upload (např. ADSL, ADSL 2+).

3.3.2 Problémy spojené se sběrem dat Pro fungování technologie SM a tedy i systému SG je nutné zajistit bezchybnou a spolehlivou komunikaci mezi odběrovým místem a nadřazeným systémem, konkrétně tedy mezi měřidlem instalovaným u zákazníka a datovým koncentrátorem/centrálou. Datový koncentrátor/centrálu můžeme chápat jako server, který přijímá a zpracovává data a alarmy od měřidel, odesílá data zpět jednotlivým měřidlům a komunikuje s dalším nadřazeným prvkem, například s dispečinkem či celosystémovou centrálou. V malém měřítku nejsou objemy dat až tak závratné. V pilotních projektech jsou testována chytrá měřidla v řádu tisíců kusů. Za předpokladu zapojení všech odběratelů do systému SG však objem dat násobně vzroste, navíc s postupem času a zaváděním SM se budou zvyšovat požadavky i na celý systém fungování SG. Vše samozřejmě půjde po krůčcích, nicméně otázkou je, zdali si obor IT (Information technology - informační technologie) udrží náskok nad aktuálními požadavky konceptu SG. Je poměrně složité zde něco prezentovat a pokoušet se vypočítat objem dat, který bude zatěžovat datové centrály či chceme-li datové koncentrátory. Otázkou je, jaká je představa o „sledování spotřeby v reálném čase“, respektive jaký časový interval bude dostačující. Nicméně když zjednoduším představu a vybavím 80 % domácností AMM, vybavím jimi samozřejmě i všechny ostatní maloodběratele a všechny velkoodběratele, použiji-li data ERÚ z konce roku 2010, vyjde mi takto 4 834 268 odběrových míst. Uvážím-li že informaci o spotřebě o velikosti 10 kB odesílám jednou měsíčně, za rok tedy celkem 580 GB dat, což není mnoho. Toto pouze pro dálkový odečet jednou měsíčně. Pilotní projekty pak ukazují, že v průměru každé měřidlo generuje jednu alarmovou zprávu či upozornění za týden. Tento typ informace zabírá sice jen okolo 1 kB, avšak za celý rok může datové centrály zatížit až 256 GB dat. Vezmu-li v potaz pouze jakési nahrazení systému HDO, kdy budu dvakrát za den přepínat tarif zprávou velikostí 1 kB, dostanu se na 3,5 TB ročně. Toto jsou tři různé typy dat, kterými budu zatěžovat přenosové systémy ve velmi zjednodušené variantě konceptu SG. Bude-li potřeba „online“ měření a informace spotřebiteli budu odesílat mnohem častěji než jen dvakrát denně a přibudou-li další funkce (jako je např. dálková správa a sledování aktuální spotřeby), pak obrovsky stoupne objem dat, která se budou muset spolehlivě přenést a popřípadě uložit. V tomto směru se může zdát celá myšlenka chytrého měření utopická, nicméně pro řízení není třeba znát aktuální spotřebu každého odběratele, stačí pouze suma určité oblasti (kterou poskytne příslušný datový koncentrátor dimenzovaný a naprogramovaný pro určitou menší oblast), nebo lépe a jednodušeji měřidlo v rozvodně. Problémem ale zůstává, kolik pater pomyslné pyramidy bude systém obsahovat a jak konkrétně budou pracovat prvky této nadstavby současného fungování elektrizační soustavy.

3.4 Integrace s různými zdroji a systémy Zavedení systému SG je podmíněno požadavkem na integraci jak stávajících, tak nových AZE. Zohledňován by měl být především enormní nárůst počtu zdrojů distribuované výroby, které jsou rozmístěny v celé struktuře elektrické sítě. Jedná se např. o integraci s VTE a FVE. Filozofie energetiky říká, že nejlevnější energie je ta nevyrobená. Nicméně v dnešní době si jen málokdo dokáže představit život bez elektřiny. Nutnost její výroby je neodmyslitelná a

3 Smart Grids

38

elektrická energie patří ke každodennímu životu obyvatel vyspělých zemí. Takže když už elektřinu vyrábět musíme, měli bychom k tomu využívat co nejekonomičtější způsob výroby ze stávajících zdrojů, tj. nejlépe ten, který nespaluje žádné palivo. Tato úvaha však sebou nese další aspekty, jako jsou: množství potřebné energie, ekonomika výroby a systém řízení distribuce elektrické energie. První dva jmenované aspekty spolu souvisí do té míry, že ač například FVE či VTE budou moci dodávat určité množství energie, nebude této třeba, resp. nebude ekonomické odpojovat nebo snižovat výkon některého z velkých zdrojů energie. Tato přebytečná energie bude muset být uskladňována pro budoucí potřeby (např. na krytí špiček spotřeby) nebo účelně spotřebována. Toto přináší otázku: máme dostatek elektráren specializujících se na tuto situaci nebo systém využívající aktuální přebytek elektrické energie? Odpovědí mohou být např. PVE, které se již spolehlivě osvědčily ve stávajícím provozu. K těmto stávajícím by mohly časem přibýt další, nebo popř. akumulační elektrárny - tzv. tlakovzdušné, jejichž provoz je testován např. v USA nebo Německu. Nicméně sofistikovanější způsob nabízí i budoucí využití těchto přebytků v oblasti dopravy (více o tomto v 3.5.1).

3.4.1 Virtuální elektrárny V posledních letech se i v ČR začíná objevovat pojem Virtuální elektrárna (v.e.) či Rozptýlená elektrárna. V podstatě jde o seskupení menších zdrojů elektrické energie tvořící z pohledu soustavy jeden celek, tedy systém řízený pomocí společného řídícího systému. Celkovou velikost instalovaného výkonu takovéto elektrárny pak tvoří součet všech jednotlivých instalovaných výkonů zdrojů, tvořící tuto v.e., kde mohou být zastoupeny všechny typy elektráren, které jsou navíc do soustavy připojeny v různých místech. Zamýšlené projekty tohoto typu elektrárny mají v ČR v plánu pracovat zejména s mixem kogeneračních jednotek, FVE, VTE, MVE, popřípadě PSE či PPE v různém poměru zastoupení jednotlivých typů a také mají tyto systémy, kromě komunikační infrastruktury a centrálního řízení, zahrnovat rovněž zátěže. Důvodem snahy o vznik v.e. jsou jejich možné výhody oproti klasickým zdrojům. V závislosti na mixu zdrojů nejen z pohledu typů a výkonů, ale i ekonomiky provozu a dalších parametrů, mohou v.e. pracovat jak v základním, tak i ve špičkovém, popřípadě i v záložním režimu a mohou plnit roli různých PpS. Dále by měly v.e. zajišťovat i lepší efektivitu výroby s možností závislosti na místě požadované spotřeby. Ve svém důsledku by pak v.e. měla představovat obdobu klasické elektrárny s výhodami, které nabízí decentralizovaná výroba. Důležitým aspektem pro vznik a technickou realizaci v.e. je fungující systém komunikace a řízení, který dokáže spolehlivě reagovat na požadavky a potřeby spotřební strany energetické soustavy. Co se týče systému komunikace, tak myšlenka v.e. plně koresponduje se systémem SG, který také počítá se spolehlivou komunikační infrastrukturou zaručující spolehlivé řízení. Spolehlivosti reakce na požadavky na straně spotřeby pak chce být docíleno zařazením regulovatelných odběrů do tohoto systému. Pro možnost uplatnění v.e. v budoucím systému nyní hrají skutečnosti jako otevřenost trhu s elektřinou (která do jisté míry dává možnost investorům do tohoto typu podnikání investovat), potencionální výhody pro majitele elektráren tvořící v.e. či pro provozovatele regulovatelné spotřeby, atraktivita pro obchodníka s elektřinou (pro kterého je snadnější nakupovat elektřinu od jednoho dodavatele, než od mnoha malých výrobců). Nicméně dle mého názoru je uplatnění v.e. v budoucím konceptu chytré sítě malý a to hned z několika důvodů: chybí potřebná komunikační infrastruktura a zkušenost s provozem v.e.; legislativa je prozatím vůči v.e. neutrální; v.e. představuje konkurenci konvenčnímu vývoji energetiky; množství FVE a VTE ve v.e. by mohlo

3 Smart Grids

39

naopak spolehlivost dodávky značně snížit atd. Lze nalézt více prostředků jak zlepšit „atraktivitu“ možností v.e., nicméně často s negativním vlivem na původní cíle konceptu v.e. (Např. zvýšení spolehlivosti dodávky smluvených množství energie, která by byla snížena množstvím volatilních zdrojů jako FVE a VTE, by šlo dosáhnout zahrnutím dalších zdrojů jako kogeneračních jednotek apod. To však sebou nese jednak zvýšené požadavky na řízení a jednak sníženou schopnost maximalního využití v.e.)

3.5 Výhody využití SG Integrace systému SG do současné energetiky člověku otevře i nové možnosti v řízení a využívání elektrické energie. V případě automobilismu má pomoci udělat velký krok kupředu při zavádění elektromobilů do systému dopravy. S využitím inovativních produktů a služeb, spolu s inteligentní technologii monitorování, řízení, komunikace a samoléčení (self-healing - schopnost automaticky řešit výpadky a předcházet jim) by systém chytré sítě měl [14]: • • • • •

usnadnit připojení a provoz zařízení generátorů všech velikostí a technologií; umožnit spotřebitelům podílet se na optimalizaci provozu systému; poskytnout spotřebitelům lepší informace a volbu způsobu dodávky; významně snížit dopad na životní prostředí celého systému zásobování elektrickou energií; poskytnout vyšší úroveň spolehlivosti a bezpečnosti dodávek.

3.5.1 Elektromobilismus Velký boom okolo výroby a využívání elektromobilů s sebou ponese i nároky na zásobování elektromobilů elektřinou. První otázka je kapacita: Budu-li kalkulovat s představou, že zhruba pětina osobních automobilů bude v roce 2025 jezdit na elektřinu, budeme mít v ČR něco přes milión elektromobilů (Celkový počet automobilů v ČR – 5 094 800 v roce 2008 [19].). Dále budu uvažovat průměrnou spotřebu 18 kWh na 100 km (Dnešní průměr.). A každý z těchto elektromobilů ujede v průměru 30 000 km za rok (Dnešní průměr v ČR je 15 tis. km, nicméně lze předpokládat, že elektromobil si budou pořizovat zprvu lidé, co najezdí více kilometrů, neboť tak více ušetří na „palivu“ na úkor vyšší pořizovací ceny.). Celkově tedy bude potřeba minimálně 3,6 TWh elektrické energie, což je skromný odhad oproti například kalkulacím odborníků [20], kteří počítají s 12,5 TWh při své tzv. střední variantě, což odpovídá zhruba 10 % dnešní netto spotřeby (59,2 TWh), když započítáme hromadnou dopravou, jenž elektromobilismus může také postihnout. (Dle mého názoru denní najetá vzdálenost v průměru okolo 548 km je i na rok 2025 dosti přehnaná). Naopak kalkulace EGÚ (energetický úřad) jsou v porovnání s tímto docela mírné: 416 000 elektromobilů v roce 2025, 4000 km/rok/elektromobil, 357 GWh/rok elektromobility celkem. Mimo jiné se dá předpokládat i zvyšování spotřeby ostatních resortů spotřeby po úplném překonání finanční krize. Celkem tedy bude muset být počítáno s větším nárůstem spotřeby elektrické energie, než tomu bylo v minulých letech. Dá se předpokládat, že kromě velkého zdroje, což je záležitost horizontu desetiletí, bude potřeba dalších zdrojů elektrické energie. S ohledem na možnost tepelné krize, v souvislosti s těžbou především hnědého uhlí, je předpoklad, že dojde k realizaci především AZE a to nejen využívajících OZE ale i plyn popř. ropu v podobě menších zdrojů kogeneračních čí trigeneračních.

3 Smart Grids

40

3.5.1.1 Vývoj Neznámou zůstává vývoj „války“ mezi spalovacím a elektrickým automobilismem. Před více než sto lety elektromobily tento boj prohrály zásluhou geniálního H. Forda, jenž nastoupil na trh s masovou výrobou modelu T. Za tu dobu se z automobilového průmyslu, využívající produktů z ropy jako palivo, stala jedna z největších oblastí ekonomiky. Automobilismus umožňuje vysoce efektivně, systematicky a komplexně zvyšovat HDP (hrubý domácí produkt) států. Nejde jen o samotné automobily. S automobilovým průmyslem se během let propojilo mnoho odvětví. Ať už bylo třeba vývoje technologií, stavby silnic a servisů, zajištění dodávky materiálů a pohonných hmot atd. Zatím mnohé nasvědčuje tomu, že vyspělý svět čeká i automobilová revoluce. I přes obrovský vliv peněz, které se nachází v současném automobilovém průmyslu to vypadá, že poměr elektromobilů vůči spalovacím automobilům bude větší jedné. Z jiného pohledu je také patrné, že dnešní automobilový průmysl je závislý na jedné surovině – ropě. Elektromobilismus je závislý prakticky na více zdrojích – uran, ropa, plyn, uhlí, slunce, vítr. Z toho vyplývá možnost konkurence zdrojů elektřiny a z toho pak větší boj o zákazníka v podobě možnosti nižší ceny. Navíc už dnes vyjde provoz elektromobilu 3 - 8 krát levněji než provoz klasického automobilu (Problémem zůstává pořizovací cena, která by nicméně měla relativně rychle klesat.). Za posledních několik roků začala většina evropských i světových automobilek pracovat na programech vývoje svých elektromobilů. K těmto se přidaly i značky zcela nové, specializující se přímo a jen na elektromobily, jako je např. Tesla a Think. Výsledkem je zavádění elektromobilů do sériové výroby v dnešních dnech. Vlády v některých zemích, jako jsou USA, Německo, Nizozemsko, Dánsko a Izrael také spustily programy podporující elektromobilismus, což jen dokazuje silný potenciál ekonomických možností v oblasti elektromobility [17]. Nyní půjde jen o to, jak se k elektromobilům postaví veřejnost. Právě na penězích utracených za nový elektromobil závisí další snaha automobilek vyrábět a investovat do této oblasti trhu. Může se zdát, že elektromobily jsou na dobré cestě stát se dopravním prostředkem číslo jedna, a to právě i s ohledem na fakt, že cenu auta roku, Car of the Year 2012, vyhrál právě elektromobil, a to již podruhé za sebou.

3.5.1.2 Integrace, možné výhody a nevýhody Vezmu-li v úvahu oněch 1 mil. elektromobilů za 13 let, vytvoří se zde možnost akumulace přebytečné elektrické energie v bateriích vozů. Kdyby kapacita baterie byla dnešních cca 20 kWh, byla by celková kapacita zhruba 20 TWh. Samozřejmě s ohledem na to, že jen zlomek z tohoto počtu bude v potřebnou chvíli připojen v nabíjecím místě a čekat na levnou elektřinu. Nicméně i tento zlomek může výrazně pomoci aktuálnímu přebytku elektrické energie a naopak i případnému aktuálnímu nedostatku například v době mezi poruchou většího zdroje a najetím záloh. Tato vize však vyžaduje obrovské nároky na řízení sítě, což by měl budoucí systém SG spolehlivě zvládnout. Nevýhodou zavádění elektromobilů do systému dopravy může být zvýšení toků výkonu, vznik nových nebo navýšení stávajících špiček spotřeby během společného dobíjení velkého množství elektromobilů. V kontrastu s tímto některé zdroje uvádějí, že elektromobily naopak pomohou „vyhladit“ křivku spotřeby, což by ale dle mého názoru bylo v rozporu s jakýmsi očekávaným uživatelským standardem, který by jednak měl dát spotřebiteli možnost ušetřit peníze při nabíjení v době přebytku energie, ale také by měl garantovat dobití v kteroukoliv dobu, kdy si zákazník určí, bez ohledu na aktuální stav výroby a spotřeby. Problém, který je v kontextu s infrastrukturou míst pro dobíjení nastane na klasických sídlištích. Představa, že stávající místa

3 Smart Grids

41

na stání v těchto částech větších měst budou vybaveny terminály pro dobíjení pro větší množství elektromobilů, vypadá dosti naivně a řešení problému dobíjecích míst se může odrazit i na případné ceně elektřiny při dobíjení. Tato dosavadní nedostatečná infrastruktura bude také brzdit rychlejší rozšíření elektromobilů. Výhodou pak může být právě opačný scénář nevýhody popsané v předcházejícím odstavci, tedy možnost využití baterií elektromobilů v době nedostatku či přebytku výroby (nejpravděpodobněji vlivem OZE) či zvýšení požadavků spotřeby, jako jakési rozptýlené akumulační elektrárny. Který ze scénářů nakonec více ovlivní praxi je pak do jisté míry otázkou technických možností, o kterou by se systém SG měl umět postarat, a otázkou legislativních rámců, které by s touto souvislostí měly být ustanoveny.

3.5.1.3 Dobíjecí stanice Jak už bylo zmíněno výše, velkou roli ve vizi rozvoje elektromobilismu hraje infrastruktura dobíjecích stanic pro elektromobily. Dobíjecí stanice je určena k tomu, aby doplnila energii do baterií elektromobilu. Děje se tak prostě zastrčením konektoru do zásuvky. Problémů, které v této souvislosti bylo a je třeba řešit, je hned několik. Předně, je nutná standardizace jak dobíjecích konektorů, tak zásuvek. A to tak, aby kdokoliv s elektrickým autem mohl zaparkovat u jakékoliv dobíjecí stanice a z té si auto dobít. Dále je třeba zajistit, aby dobíjecí stanice a stojany poskytovaly komfortní, bezpečnou a jednoduchou obsluhu se stejně jednoduchou možností placení za odebranou energii. A nakonec je samozřejmě nutné, aby dobíjecí stanice přenesly energii co nejrychleji. Proto se pracuje na tzv. rychlodobíjecích stanicích, které dokážou nabít baterie až na 80% kapacity během například 10-30 minut. Dobíjecí stanice i rychlodobíječky jsou klíčovou součástí dobíjecí infrastruktury, která je zase základem pro rozvoj elektromobility ve městech a následně i celých státech [21]. Za požadavek na dobíjecí stanice můžeme určit nízkou cenu, odolnost proti počasí a vandalismu a jednoduchost zapojení. V úvahu musí být také brána platba za odebranou energii. Existuje více návrhů a možností jak toto uskutečňovat: mobilním telefonem, jednorázovým elektronickým kódem (elektronické peníze), mincemi (přímou platbou), přístupovou kartou, zaúčtováním k účtu za elektřinu uživatele atd. Počet dobíjecích stanic nejen ve světě ale i v ČR roste. Avšak v porovnání s klasickými čerpacími stanicemi, jichž je na území ČR přes 6 500 [22], je jejich počet stále nízký. Aktualizovanou mapu dobíjecích stanic lze nalézt v odkazu [23], kde v době psaní této pasáže (Únor 2012) bylo evidováno 159 dobíjecích stanic. V kontextu se Smart regionem Vrchlabí (který blíže popisuje 3.6.2) je v plánu v této lokalitě v roce 2012 vybudovat několik dobíjecích stanic a to jak normálního, tak i rychlého dobíjení. Budování rychlé dobíjecí stanice pak má být spojena s projektem akumulace elektrické energie.

3.5.2 Uživatelské služby Vize konceptu SG je směřována i na zákazníka. Právě jemu by měl dávat možnosti více řídit svoji spotřebu, lépe využívat levnější energii, možnost určovat priority jednotlivých složek své spotřeby. Možnost řízení vlastní spotřeby bude většina domácností vnímat jako novinku v možnostech udělat něco pro čistější ovzduší a „zdravější“ planetu, ale i zejména jako možnost udělat něco pro vlastní peněženku. Otázka ekologie si myslím, že nebude až tak směrodatná pro rozšíření

3 Smart Grids

42

využitelnosti systému řízení vlastní spotřeby do podvědomí široké veřejnosti jako možnost ušetřit vlastní peníze. Nejspíš tedy tuto možnost začnou lidé využívat více než možnost třídění odpadu, což byla nedávno také žhavá novinka v možnosti udělat něco pro svou Zemi. Vůbec celá otázka tykající se systému SG a domácností v souvislosti míry možností je dosti podstatná. Jak ukazují následující dvě Tabulka 3-1, podíl spotřeby elektřiny a energií domácnostmi nejsou zanedbatelné. (Data tabulek pocházejí z Eurostatu [24] resp. [25].) Tabulka 3-1 Konečná spotřeba elektrické energie za rok 2009(1)

průmysl doprava ostatní(2)

EU-27 ČR [GWh] [%] [GWh] [%] 980 994 80,5 21 821 39,7 71 295 5,8 2070 3,8 166 663 13,7 31 022 56,5

1) Spotřeba elektrické energie netto mínus ostatní spotřeba energetického sektoru, mínus spotřeba na přečerpání PVE 2) Domácnosti + zemědělství/lesnictví + služby + ostatní

Tabulka 3-2 Konečná spotřeba energií za rok 2009 EU-27 [1000 toe](3) [%] průmysl 269 455 doprava 367 636 domácnosti 295 206 zemědělství 24 980 služby 140 760 ostatní 14 721

24,2 33,0 26,5 2,2 12,6 1,3

ČR [1000 toe] [%] 8116 33,3 6615 27,1 5984 24,6 511 2,1 2942 12,1 202 0,8

3) toe = tuna ekvivalentu ropy (Ton of Oil Equivalent), odpovídá energii získané z jedné tuny ropy

Na druhou, stranu bude trvat roky, než začne většina spotřebitelů využívat výhod, které by jim měl systém SG nabídnout. To jde ruku v ruce s technickou vyspělostí či informovaností populace, prodejem spotřebičů, které SG dokážou využít a v neposlední řadě s mentalitou lidí, kteří budou skeptičtí ke změnám v systému, jež pro ně pracoval doposud dobře.

3.6 Vývoj systému SG v ČR Koncept FUTUR/E/MOTION je jakousi vlajkovou lodí ve směru možností a využití SG ve větším rozsahu v budoucnosti. Tento koncept byl za účasti nejvyššího vedení společnosti ČEZ představen na tiskové konferenci konané 17. června 2009 v prostorách 27. patra City Tower [26] a jako vůbec prvnímu většímu projektu zaměřující se na problematiku, která je i tématem této práce, mu je věnována vesměs celá tato kapitola. Důvodem je, že je velmi pravděpodobné, že výsledky z tohoto rozsáhlého projektu určí další vývoj elektorenergetiky ČR. Druhý největší distributor elektrické energie v ČR – společnost E.ON samozřejmě také testuje praktické možnosti SG, nicméně primárně ne na území ČR a proto je toto zmíněno v 3.7.

3 Smart Grids

43

Obrázek 3-2 Schéma konceptu FUTUR/E/MOTION [26] Na schématu konceptu na Obrázek 3-2 Schéma konceptu FUTUR/E/MOTION jde vidět vzájemné propojení jednotlivých odvětví energetiky, jako je výroba, distribuce a spotřeba s otázkami budoucí energetiky. Celkové vyústění je pak systém nazývající se chytrá síť – smart grid. Koncept Future/e/motion má snahu zasahovat do všech oblastí energetiky (výroba, distribuce, spotřeba) a klást důraz na efektivitu a šetrnost k životnímu prostředí. Mimo jiné má pak také podpořit český průmysl, zachytit vývoj nových trendů a rozvíjet a zavádět do praxe nové, moderní a méně tradiční technologie. Dle tohoto konceptu bude snaha hledání rovnováhy mezi menší decentralizovanou výrobou a stávajícími velkými zdroji (tedy mezi stabilními zdroji typu JE a výrobou z OZE a decentralizovaných zdrojů energie), mezi jistotou dostatku energií a ochranou životního prostředí, mezi lokalizací výroby a spotřeby a možnostmi infrastruktury. Díky tomuto by energetika budoucnosti měla být: v souladu s ochranou životního prostředí, efektivně využívající přírodní zdroje, motorem ekonomiky a pozitivně vnímaná veřejností. K tomuto má napomáhat podpora vědy a výzkumu, která by měla umožnit například jak zvyšování účinnosti stávajících klasických velkých zdrojů, tak inovace v oblasti OZE, realizaci projektů energetické efektivnosti, rozvinutí možností akumulace energie. Důraz také bude kladen na lokální výrobu, ať s využitím přímo OZE nebo s využitím kogenerace.

3.6.1 Elektromobilita Velký důraz v programu Futur/e/motion je kladen elektromobilitu. Koncept chce nabídnout komplexní řešení vývoje automobilového průmyslu směrem od závislosti na ropě. Pracuje s komplexním řešením podpory rozvoje elektromobilů včetně potřebné infrastruktury. Výhodou je, dle mého názoru, zapojení více firem, společností a měst do projektu, který s sebou nese snahu o

3 Smart Grids

44

znormalizování budoucího dopravního systému. Rizikem pak může být možnost vytvoření monopolu v této oblasti podnikání. Nicméně akce je relativně dobře propagována a může vzbuzovat pocit jistého budoucího vývoje, který je umocňován faktem, že akci vede elektroenergetická společnost, v jejímž zájmu je vydělávat na elektřině spíše než na benzínu či naftě. Vůbec pak celá otázka elektromobility získává zájmu u společnosti svoji nízkou emisivitou a politickou propagací (ve smyslu zmiňování elektromobilů v debatách ohledně snížení emisí).

3.6.2 Smart Region Vrchlabí Oblast Vrchlabí byla zvolena s ohledem na vhodnou velikost pro testovací projekt, dále pro existenci zapojitelných OZE, pro možnost vybudování několika jednotek kombinované výroby elektřiny a tepla a vstřícnost vedení města. Jakýmsi bonusem je pak blízkost Krkonošského národního parku, kterému může projekt pomoci po stránce ekologické a naopak park může pomoci autorům projektu plusovými body za ohled k přírodě od veřejnosti. Mezi cíle projektu patří modernizace distribuční sítě odpovídající novým požadavkům zákazníků i výrobců; obousměrná komunikace mezi distribuční sítí a zákazníky; začlenění nových funkcí distribuční sítě, např. dobíjecí stanice pro elektromobily; možnost sledování aktuální spotřeby elektrické energie pomocí inteligentních elektroměrů; testování unikátního tzv. multiutilitního měření spotřeb domácností (společné měření měřidla elektřiny, vody, plynu a tepla); optimalizace řízení spotřeby pomocí inteligentních elektroměrů; výstavba dobíjecích stanic a provoz elektromobilů; automatizace a monitoring komponent na úrovni vysokého napětí (vn) i nízkého napětí (nn); lokální řídící systém distribuční soustavy se schopnostmi rychlé manipulace v případě poruch; testování bezdrátových technologií dálkového přenosu dat; výstavba lokálních výrobních zdrojů – kogeneračních jednotek; dodávky elektrické energie do distribuční sítě a tepla do sítě centrálního zásobování teplem; výrobní zdroje elektrické energie pro testování havarijního stavu sítě – ostrovního provozu; spojení přehledu o spotřebě, jejím plánování a speciálních tarifů umožní zákazníkům ušetřit jejich výdaje za energii; ekologičtější energie; přehled o spotřebě energie; méně časté výpadky elektřiny; chytré domy budoucnosti a jejich rozvoj [27]. (Pozn.: Chytré domy - Smart Homes umožní v budoucnosti sledování údajů na dotykovém displeji o spotřebě elektřiny, vody, plynu, dobíjení elektromobilu a plánovat topení, ohřev vody či spínání spotřebičů a bezpečnostních alarmů.)

3.6.2.1 Evropská souvislost projektu V roce 2010 zahájila svou činnost European Electricity Grid Initiative (EEGI - Evropská průmyslová iniciativa pro chytré sítě), která je tvořena distributory a technologickými společnostmi, které chtějí rozvíjet myšlenku SG. Skupina ČEZ, režisér pilotního projektu v ČR – Smart Region Vrchlabí (SRV), je členem této iniciativy, jejímž dílčím cílem je realizace demonstračních projektů s tématikou SG po celé Evropě. SRV je spolufinancován ze sedmého rámcového programu EU (který vychází ze strategie Evropa 2020 [28], jež je nástupcem Lisabonské strategie) a je součástí evropského projektu Grid4EU, který má za cíl zprovoznit demonstrační projekty SG ve velkém měřítku. (pozn.: Sedmý rámcový program je rozdělen do pěti částí [Spolupráce, Myšlenky, Lidé, Kapacity, Společné výzkumné centrum (Joint Research Centre – JRC)], které se zaměřují na různé oblasti vědy, inovací a výzkumu. Jeho rozpočet je okolo 50,5 miliard euro mezi lety 2007 až 2013) Grid4EU je konsorciem sedmadvaceti společností, zahrnující přední technologické společnosti z oblasti SG, university, výzkumné organizace a šest předních evropských distribučních společností (ČEZ, Enel, ERDF, Iberdrola, RWE a Vattenfall). V Evropě je tedy dále realizováno

45

3 Smart Grids

dalších 5 pilotních projektů SG, jak přibližuje Obrázek 3-3 Významné pilotní projekty SG v Evropě. Podrobněji se rozepisovat o ostatních projektech je nad rámec této práce, proto jsou zmíněny jen příslušné distribuční společnosti nesoucí záštitu nad těmito pilotními projekty v příslušných státech a oblasti, kde má k realizaci dojít.

Obrázek 3-3 Významné pilotní projekty SG v Evropě

3.6.2.2 Realizace SRV Konkrétní realizace SRV je rozdělena do několika fází, které mají různá specifika a mají postupně ověřit funkčnost mnoha atributů konceptu SG. Tyto fáze jsou [29]: Akce • • • • •

Studie výzkumu a vývoje Implementace smart meterů (cca 4900 domácností a podniků ) Transformace distribuční sítě v regionu Vybudování dobíjecích stanic pro elektromobily Implementace nových automatizačních a monitorovacích prvků

Období 2010–2012 2010–2011 2010–2015 2012–2013 2011–2014

46

3 Smart Grids

• • •

Řídicí systém distribuční soustavy Zapojení KVET a OZE zdrojů Ostrovní provoz v lokalitě Liščí Kopec

2012–2015 2012–2015 2014

Z výčtu fází projektů je patrné, že cílem projektu je spolehlivá automatizovaná a efektivně řízená distribuční síť s interaktivní obousměrnou komunikací mezi výrobními zdroji, distribuční sítí a zákazníky o aktuálních potřebách výroby a spotřeby energie. Měly by být široce využity IT technologie, zapojeny lokální výrobní zdroje (kogenerační jednotky) a testována elektromobilita. V kontextu s projektem Grid4EU zde ČEZ dále spolupracuje mimo jiné se čtveřicí společností z tohoto konsorcia, které dodávají nezbytné technologie pro realizaci projektu. Těmito společnostmi jsou ABB ČR, Siemens ČR, Cisco ČR (specializace: síťové služby a lidská komunikace) a Current Technology (spec.: sledování chodu distribučních sítí v reálném čase založeném na inteligentním měření). V souvislosti se realizací projektu SRV byly zadány výzkumné projekty, které mají teoreticky řešit různé stavy a situace budoucí chytré sítě. Řešení prvního projektu s názvem „Dynamický model chování distribuční soustavy“ vypracovává Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava (VŠB – TUO). Model matematicky vypočítává možnosti chování DS na hladině nn a vn. Má tak pomoci v přípravě na nestandardní a poruchové stavy v síti, chování systému při budoucím zapojení lokálních OZE a také na sběr a vyhodnocování dat z měření smart metry. Dalším projekt nesoucí název „Automatizované prvky pro Smart Grids“, který vypracovává České vysoké učení technické (ČVUT) ve spolupráci s poradenskou firmou Arthur D. Little má za úkol zpracovat katalog prvků pro DS SG, tedy seznam technologií nutných k řízení distribuční soustavy, konceptu Smart Grids, včetně prvků ICT (Information and Communication Technologies - Informační a komunikační technologie) a navržení jejich nejvhodnějšího zapojení v projektu SRV. Součástí bude i srovnání s prvky, které byly využity v podobných projektech v zahraničí. Výstupem pak bude také elektronická databáze umožňující vyhledávání podle nejrůznějších kritérií. Další studie s názvem „Ostrovní provoz ve Smart Regionu“ realizuje společnost EGE České Budějovice. Tato studie řeší technický návrh pro vytvoření ostrovního provozu ve vrchlabské lokalitě Liščí Kopec. Ostrovní provoz umožní v případě rozsáhlého výpadku v síti provozovat danou oblast pod napětím s využitím lokálního zdroje a udržet tak stabilní provoz. Výsledky této studie budou nezbytným podkladem pro správné konfigurování sítě ve SRV [30]. V letošním roce chce ČEZ v rámci projektu SRV uvést do provozu také výrobní zdroje nutné pro testování SG. Mají to být kogenerační jednotky, které budou dodávat elektřinu do distribuční sítě a teplem zásobovat město. Jedna z nich bude mít výkon 1,6 MW a poslouží také pro vytvoření a testování ostrovního provozu. Zároveň budou pokračovat práce na distribuční části projektu, především dodávkou a instalací koncepčně nových distribučních trafostanic a pracemi na pokládce kabelů nn, včetně nových technologií automatizace [31]. Pro testování ostrovního provozu byla zvolena lokalita s přibližně dvěma tisíci odběrnými místy v lokalitě Liščí kopec, kde bude připojena právě jedna z kogeneračních jednotek. Je také zajímavostí, že SRV jako jediný z projektů Grid4EU bude testovat provoz právě s kogeneračními jednotkami. Je možná trochu překvapivé, že k testování ostrovního provozu a posléze i kompletní realizace další části SRV není plánováno využít jiných AZE než právě kogeneračních. FVE se údajně nevyplatí ekonomicky, VTE nemá šanci na realizaci z důvodu blízkosti Krkonošského národního parku a dostupný potenciál MVE je malý pro jeho začlenění do chytře řízené výroby.

3 Smart Grids

47

Na následujícím Obrázek 3-4 Uživatelský interface je možný interface uživatelského rozhraní pro obyvatele Vrchlabí, kde by měli nacházet užitečné a přehledné informace o energiích.

Obrázek 3-4 Uživatelský interface [32]

3.6.3 Smart City Ostrava Tak jako jinde ve světě (viz 3.7), tak i v ČR jsou činěny první kroky na cestě k chytré síti. V souvislosti se strategií evropské energetické politiky vznikl tzv. SET Plan (Strategic Energy Technology Plan – strategický plán pro energetické technologie [33]), jako projekt EU, jehož úkolem je pomáhat také při vzniku tzv. Smart Cities – chytrých měst. Mělo by jít o podporu na úrovni jak politické (hledání politických nástrojů pro řízení inovací), tak na úrovni technologické (podpora investic do nových technologií), s primárním cílem snahy o snížení emisí CO2. Pro program Smart City (SC) navrhuje MPO statutární město Ostravu. Projekt by se měl nacházet v přípravné fázi, ve které dle mého názoru může hrát významnou roli požadavek na závazek snížení emisí CO2 o 20 % do roku 2020, neboť Ostrava je městem těžkého průmyslu, který je hlavním zdrojem CO2 v regionu a požadavek na snížení jeho emisí může vést k oslabení konkurenceschopnosti zdejších podniků.

3.6.4 Instituce a sdružení v ČR Dalo by se říct, že v ČR existují dvě hlavní skupiny, které se zabývají problematikou budoucí energetiky. Obě pak mají snahu „připravit“ českou energetiku na budoucí změny ve struktuře tak, aby si ČR minimálně udržela své postavení jak na poli energetickém, tak i politickém. Hlavní

3 Smart Grids

48

rozdíl mezi oběma bych mohl jednoduše definovat tak, že zatímco Technologická platforma „Udržitelná energetika ČR“ je tvořena státními subjekty a nahlíží na celou energetiku i v kontextu se zájmy Evropské unie, tak Česká technologická platforma Smart Grid je sdružením právnických osob a soustřeďuje se konkrétněji na SG.

3.6.4.1 Technologické platforma „Udržitelná energetika ČR“ Tato iniciativa sestává z představitelů průmyslu, akademických kruhů a příslušných správních orgánů (MPO). Vznikla z důvodu potřeby podpory aktivit souvisejících s vývojem a zavádění nových technologií využitelných pro udržitelný rozvoj výroby, přenosu a spotřeby energie v ČR. Byla zde potřeba seskupit významné podnikatelské a výzkumné organizace v oblasti energetických technologií a umožnit jim lepší vzájemnou komunikaci a spolupráci v oblasti výzkumu, vývoje a zavádění nových technologií využitelných pro udržitelný rozvoj výroby, přenosu a spotřeby energií, propojení s vysokými školami, a dále pak z důvodu nutnosti větší informovanosti a větší efektivity při zapojení do plánů a projektů státní energetické politiky a mezinárodních rámcových programů. Výsledkem a tedy i cílem je pak zvýšení konkurenceschopnosti ČR na poli energetických technologií a současně také lepší informovanost veřejnosti. Stěžejním dokumentem je pak Strategická výzkumná agenda v energetice [34] z 29. 12. 2010 (verze 1), kde je kladen důraz zejména na vývoj energetiky s ohledem na vývoj energetické politiky v celé Evropě, v kontextu s evropskou legislativou a tzv. SET Plan [33].

3.6.4.2 Česká technologická platforma Smart Grid Toto zájmové sdružení bylo založeno v září 2009 jako sdružení právnických osob z iniciativy firem působících v energetice ČR s cílem podpořit inovaci energetických soustav v ČR zavedením konceptu SG a aktivně přispět k tvorbě jeho optimální podoby pro ČR. Cíle sdružení jsou [35]: • • •

• •

•

•

přispět k zajištění konformity národního konceptu s doporučeními EU; iniciovat vhodné výzkumné a vývojové projekty v souladu s posláním platformy; podpořit vznik konkrétních řešení pro realizaci národního konceptu, která vyhovují všem technickým, komerčním, environmentálním a regulatorním požadavkům a očekáváním a tato řešení propagovat; napomáhat společnostem, které se podílejí na přípravě a zavedení konceptu SG, ke zvyšování jejich konkurenceschopnosti; udržovat kontakty se zahraničními a tuzemskými profesními asociacemi a odbornými institucemi a reprezentovat členy České technologické platformy SG (ČTPSG) v mezinárodních sdruženích; spolupracovat s příslušnými výbory obou komor Parlamentu ČR, s orgány státní správy, vysokými školami a odbornými ústavy při projednávání otázek, majících vztah k zájmům členů ČTPSG a obhajovat jejich stanoviska; podporovat chování členů ČTPSG, které je v souladu s obchodními zvyklostmi, pravidly hospodářské soutěže a dobrými mravy.

Dílčí cíl je vytvořit dokument s názvem Strategická výzkumná agenda pro oblast Smart Grid v ČR. Zpřístupnění první verze dokumentu bylo plánováno na září 2010, nicméně ještě dosud (duben 2012) nedošlo k plnému dokončení všech jeho částí. Tento dokument by měl přehledně shrnovat všechny požadavky související s plánováním, výstavbou a provozováním inteligentních

3 Smart Grids

49

síti v ČR; zpracovávat obecně formulované požadavky do konkrétních zadání a umožňovat jejich ohodnocení z hlediska nákladů a přínosů a umožňovat stanovení priorit; sloužit ke kontrole připravenosti jednotlivých etap a subsystémů (zda odpovídají všem očekávaným požadavkům); být základem pro tvorbu celkového konceptu SG, který je nutným předpokladem pro identifikaci synergických efektů a jeho optimalizaci; být východiskem pro tvorbu optimální implementační strategie SG v ČR; být východiskem pro investiční plánování na všech úrovních; a být základem pro návrh podrobných technických řešení [36]. Některá zajímavá konkrétní témata specifikována v rámci ČTPSG jsou [37]: • • • • •

•

Neschopnost soustavy absorbovat větší objem instalovaného výkonu obnovitelných zdrojů; Nevyjasněnost role obnovitelných zdrojů v energetice; Absence komponentů SG, které by uměly síť autonomně řídit; Absence propracované teorie a praxe užití virtuálních elektráren v ES; Problém SG by měl být nahlížen komplexně v rámci Evropy (ENTSO-E (European Network of Transmission System Operators for Electricity), TSO (Transmission System Operator)), resp. včetně Středozemního okruhu a Severní Afriky; Pro realizaci „Chytrých / pružných / adaptivních / inteligentních“ sítí je nutné spolupracovat s celosvětovou organizací IFAC (International Federation of Automatic Control), která má v této oblasti největší znalosti.

3.7 SG ve světě Energetickou politikou EU se samozřejmě zabývá i Evropská komise (EK) pro energetiku. V jednom z jejich dokumentů (EU Energy Policy to 2050 [38]) je uvedeno, že jedním z nejkritičtějších problémů současné Evropské elektroenergetiky je schopnost zajištění účinného a udržitelného využívání přírodních zdrojů energie (zejména OZE). Podle jejich názoru bude bez výrazné modernizace stávajících sítí výroba z OZE stagnovat, bude ohrožena bezpečnost sítě, bude zmeškána příležitost pro úsporu energie a energetickou účinnost a vnitřní trh s energií se bude rozvíjet mnohem pomaleji. Řešení problému pak EK vidí, mimo jiné, v systému SG. Za účelem poradenství v oblasti politiky a regulačních pokynů pro zavádění SG zřídila EK pracovní skupinu pro inteligentní sítě. Vidina budoucí Evropské energetické politiky se tedy odráží ve SG, které by se měli stát základnou pro budoucí dekarbonizovanou energetickou soustavu, umožnit integraci OZE na moři i pevnině do stávajícího systému. Dále by měl budoucí systém soustavy dát prostor nejen tradičním stávajícím energetickým společnostem, ale i novým účastníkům trhu, včetně malých a středních podnikům a to i z jiných oborů, např. z oboru informačních a komunikačních technologií a zároveň by se měl zohlednit vývoj nových inovativních energetických postupů a služeb a zároveň pak také zohlednit problematiku a rizika spojené s ochranou osobních údajů a kybernetické bezpečnosti. Dalo by se říct, že mezi špičku ve vývoji a realizaci SG patří především Německo. Kromě projektu zmíněného v 3.6.2.1 jsou na německé půdě ve fázi realizace i další projekty, které mají otestovat problematiku SG. Tyto projekty oproti ostatním mají výhodu především ve větší podpoře vlády a více o tomto je se možno dozvědět v odkazu [39].

3.7.1 Smart Cities Při prvním pohledu na agendu pojmu SC by se mohlo zdát, že energetika do tohoto pojmu nezapadá, že jde jenom o další projekt z mnoha s přívlastkem „smart“. Po pečlivější úvaze však

3 Smart Grids

50

lze nalézt souvislosti (prvky), ve kterých je tento koncept propojen s konceptem SG. Koncept SC se soustřeďuje na hospodárnost, mobilitu, životní prostředí, fungování, občany a živobytí (vše samozřejmě s populárním přívlastkem smart). V konečném důsledku však potom kompletní SC nemůže fungovat bez SG, neboť právě i v jeho konceptu jsou zahrnuty prostředky, prvky a funkce požadované i v konceptu SC. Průnikem obou těchto pojmů jsou pak chytrá měřidla, možnosti z oblasti služeb okolo energií, implementace elektromobility, spolehlivost a kvalita služeb spojených s energiemi atd. Na Smart Cities pak můžeme nahlížet jako první ostrovy systému SG, kde chytře řídíme úroveň zákaznickou, tedy v kontextu s elektroenergetikou, úroveň nn. V některých městech jsou realizovány projekty v rámci konceptu SC, nicméně žádné není ve fázi plné funkčnosti dle futuristických vizí autorů projektu. Toto je dáno především finanční náročností, kdy klasické hranice možností města, jak je známe dnes my, občané vyspělého státu, chceme posunout o velký kus dál. Mezi městy usilující o „status“ SC jsou například Amsterdam (Nizozemsko), Kochi (Indie), Malaga, Santander (oba Španělsko), Yokohama (Japonsko) a další. Na webové stránce uvedené v odkazu [40] lze pak nalézt výsledky projektu Technické univerzity ve Vídni, kde bylo hodnoceno 70 vybraných středně velkých evropských měst podle různých kritérií. V zajímavém projektu zaměřeném na kritéria SC se objevila také dvě česká města – Plzeň a Ústí nad Labem, která nejvíce „zabodovala“ v oblasti mobility a v oblasti kvality mezilidských vztahů.

3.7.2 Investice do SG v Evropě Mnoho zemí, a to nejen v Evropě, bere koncept SG jako další nové odvětví ekonomiky a proto neváhají investovat do tohoto nového odvětví s vidinou zisku vlastních technologií, zajištění pracovních možností, a dalších výhod, které může tato investice přinést. Konzultační firma Pike Research [41] odhaduje, že celková Evropská investice do SG dosáhne 56,5 bilionů euro (což je v přepočtu zhruba 1 500 bilionů korun) do roku 2020. A zatímco v současnosti největší pozornost přitahují smart metry, tak v budoucnu se tato pozornost a zároveň finance začnou přesouvat do oblasti přenosu, která z celkových investic také spolkne nejvíce peněz (37 % z celku) a zároveň po postupných investicích do zákaznických služeb a automatizace distribuce a rozvoden přijdou investice do elektromobility. Stejná firma poté uvádí, že do roku 2020 bude v Evropě nasazeno přes 238 milionů smart metrů. Podle International Energy Agency (IEA) si budoucí energetická síť vyžádá investice přes 1,5 trilionů euro mezi lety 2007 až 2030, které budou určeny na obnovu elektrického systému od výroby po přenos a distribuci. Tento údaj zahrnuje investice pro realizaci SG a pro udržování a rozšiřování ES [9]. Na následujícím Obrázek 3-5 Geografické rozložení kategorií a investic jsou uvedeny dosavadní výše investic související se SG různých státu EU v různých kategoriích. Je nutno poznamenat, že jde opět o snahu globálně pojmout výkazy o investicích a rozdělit je do kategorií v kontextu se SG tak, jak se o to pokouší mnoho agentur, firem, iniciativ, společností, operačních skupin atd. Kategoriemi zde konkrétně jsou: smart metry, integrované systémy, automatika distribuce, zákaznické aplikace, přenosová automatizace, skladování a ostatní. Nejzajímavější je zde výše investic Itálie do smart metrů, která je daná vesměs liberalizací elektroenergetického trhu Itálii. Nebyl zde až takový požadavek na řízení spotřeby, ale snaha řešit problém spojený

3 Smart Grids

51

právě s liberalizací a jeho dopadem na zákazníka a distribuční společnosti. Více o této problematice v odkazu [42] o projektu Telegestore.

Obrázek 3-5 Geografické rozložení kategorií a investic [43]

4 Distribuované řídící systémy v energetice

52

4 DISTRIBUOVANÉ ŘÍDÍCÍ SYSTÉMY V ENERGETICE Doposud je elektrická síť vesměs provozována v modelu, kdy je většina instalovaného výkonu vyvedena po nejvyšší napěťové hladině – nejvyšší úrovni (PS – 400 a 220 kV). Spotřeba je pak rozmístěna na nižších úrovních (DS – velkoodběratelé – 110 kV, střední a maloodběratelé – sítě vysokého napětí - vn a nízkého napětí - nn). Hierarchie provozu, chránění, řízení a automatizace je tedy podmíněna tokem výkonu „shora dolů“. A právě tento systém se bude do značné míry měnit připojováním mnoha menších zdrojů k nižším napěťovým hladinám (od 110 kV – velké parky FVE a VE, Kogenerační jednotky, atd. až po nn – střešní FVE, mikro VE atd.) a směry toku výkonů se mohou zásadně měnit v čase (např. den/noc, větrno/bezvětří). Celý systém provozu, chránění, řízení a automatizace si tedy žádá změny, které systém SG bude schopen řešit. Přibudou nové funkce, které budou muset reagovat na takové atributy, jako jsou dynamické chování, autonomní a dálkový provoz, automatické činnosti atp. V dnešní době by se těžko hledalo průmyslové odvětví, které by nevyužívalo nějakého druhu systému automatizace řízení provozu. A nejinak je tomu i v odvětví elektroenergetiky. Realizace řídicích systémů na bázi číslicových procesorů přinesla možnost propojení jednotlivých systémů a jejich vzájemné komunikace. Pro tento účel se záhy začaly využívat sériové sběrnice. Jako první se sériové sběrnice v jedinečných firemních provedeních objevily v jejich distribuovaných řídících systémech (DŘS) a staly se jedním z jejich nosných prvků. Následně se uplatnily i při propojování do té doby lokálně provozovaných PLC2 (Programmable Logic Controller) a k připojení operátorských panelů nebo komfortnějších systémů styku s obsluhou. Potřeba propojovat mnoho typů řídicích systémů od různých výrobců přinesla první standardizované komunikační rozhraní a protokoly. Tento trend pokračuje při stále častějším využívání standardů vzniklých v oboru informatiky. V současné době je k dispozici mnoho metod komunikace používaných v automatizaci založeno na standardu Ethernet s různě propracovanou podporou provozu v reálném čase. Otevřenost v oblasti komunikace je tak jednou z klíčových vlastností moderních řídicích systémů. Nejde však pouze o schopnost komunikovat pomocí dnes známých a zavedených komunikačních protokolů, ale zejména o možnosti rozšiřování řídicího systému i o protokoly, které teprve v budoucnu vzniknou [44].

4.1 Vývoj DŘS Proces řízení kontinuálních procesů, jako je i provoz elektrické sítě, by měl směřovat k většímu využívání inteligentních čidel a akčních členů. Tímto se část řídících úloh bude přesouvat na nižší úroveň DŘS a dnešní řídící systémy převezmou roli nadřazeného řízení menších celků. Z tohoto důvodu bude nutná standardizace nejen software (SW) a hardware (HW) částí DŘS ale i řešení cílových úloh. S rostoucí složitostí řízení ES bude stále větší roli hrát diagnostika jak vlastního řídicího systému, tak řízených soustav. Využívány by měly být stále vyspělejší nástroje pro podporu návrhu, provozu a údržbu po celou dobu provozu systému. Využity by mohly být prostředky, které jsou již využívány v jiných odvětvích, např. internetové metody, metody plug-and-play atd. Realizované by měly být také nové aplikační nástroje pro získávání, zpracování a ukládání výrobních dat výroby a spotřebních dat spotřebitelů. Stávající i budoucí DŘS v elektroenergetice, které se budou aktivně podílet na chodu chytré sítě, budou muset být přizpůsobivé celému systému a ne jen své pracovní oblasti.


53

4.2 Prvky DŘS Distribuovaný řídící systém v elektroenergetice je systém, stávající se z HW prvků a SW, který umožňuje kontrolu a řízení elektrické sítě v reálném čase. Tento systém by se dal rozdělit na 3 hlavní části, které svojí vzájemnou komunikací dokážou řídit chod sítě. Samotná „přenosová cesta“ komunikace je pak většinou uskutečňovaná některou z technologií přenosu informace popsaných v 3.3.1 či použitím samostatných komunikačních kabelů.

4.2.1 Řízení a sběr dat Jedná se tzv. systém SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), tedy systém pro nadřazenou úroveň řízení a zpracování dat. Jeho úlohou je sběr, třídění, ukládání a odesílání různých provozních dat. Pro představu by se dalo říct, že představuje jakéhosi prostředníka mezi nadřazeným SW a programovatelnými automaty. Systémy SCADA různých výrobců se od sebe mohou vzájemně lišit, a proto je důležité, aby všechny dokázaly komunikovat s produkty jiných firem. Toto samozřejmě neplatí pouze pro SCADA systémy, ale pro všechny prvky DŘS vůbec. Jde většinou o univerzální otevřený systém, který je možné připojit k libovolným řídicím jednotkám.

4.2.2 Programovatelné automaty Jde o samostatnou programovatelnou jednotku schopnou provádět řízení v reálném čase. Pro plnění jejich úlohy jsou dány požadavky na rychlost vykonání procesu, odolnost vůči vlivům prostředí (teplota, prach, vibrace, elektromagnetické rušení, atd.), vysokou spolehlivost HW komponent, modularitu a rozšířitelnost. Tyto programovatelné automaty (p.a.) by také měly být schopny automatického zotavení po ztrátě napájení. U novějších typů je také dána značná univerzálnost při relativně snadném způsobu programování. V topologii řízení se p.a. nachází mezi řízeným procesem a sběrnicí. Části p.a. jsou: komunikační subsystém (Zajišťuje vysílání a příjem procesních veličin z ostatních p.a., z nadřazené úrovně (SCADA) a konfiguračních dat z parametrizačního nástroje), funkční procesor (Vykonává vlastní řídicí algoritmus a další úlohy systémové úrovně.), vstupní a výstupní subsystém (Zajišťuje převod mezi napěťovými a proudovými úrovněmi na vstupních a vstupních svorkách a číslicovým vyjádřením těchto úrovní ve vstupních a výstupních registrech.). Mezi p.a. patří např.: •

•

PLC2 (Programmable Logic Controller) – programovatelný logický automat: jde o speciální průmyslový počítač původně určen pouze pro logické řízení technologických procesů v reálném čase (náhrada původních reléových zařízení). Původně pouze jednoduchá periodicky spouštěná programová smyčka (čtení vstupů, zpracování vstupních hodnot, zápis vypočtených hodnot na výstup). Z počátku pouze pro řízení menších samostatných technologických celků, postupem času doplňovány analogové vstupy a výstupy, funkční bloky pro spojité řízení, více nezávislých programových smyček, zvyšování výkonu, komunikační schopnosti, zvyšován komfort programování. PAC (Pogrammable Automation Controller) – programovatelný automat: Dá se říci, že jde o nástupce PLC2, jelikož zvládá širší paletu funkcí, má širší rozhraní atd. Jinými slovy se dá také říci, že postupem času se z PLC2 stal vývojem PAC.


•

•

54

DPU (Distributed Processing Unit) – distribuční procesní jednotka: je to multifunkční řídicí jednotka s procesorem pro sběr dat, který vykonává řídicí algoritmy a sekvenční logiku. RTU (Remote Terminal Unit) – dálkově ovládaný terminál: dá se říci, že jde o nástupce distribuční procesní jednotky. Jejich výhodou je širší možnost řízení oproti DPU.

Vývoj v této oblasti jde směrem od PLC2 k PAC a od DPU k RTU.

4.2.3 Řídící software Řídící SW umožňuje uživateli komunikaci s prvky, které přímo řídí proces, tedy s p.a. Základem je grafické rozhraní, s jehož pomocí lze kontrolovat, regulovat a řídit potřebné procesy a veličiny. Aplikačních SW existuje celá řada. Obecně však platí, že vždy dokážou ovládat, zobrazovat a kontrolovat všechny procesy a veličiny, pro které jsou vytvořeny.

4.3 Výrobci a dodavatelé DŘS pro ČR Firem a společností, které se zabývají vývojem a dodávkou systémů distribuovaného řízení je v dnešní době automatizace hodně. Světových firem, jejichž doménou jsou vesměs jiné trhy než ten český, jako jsou firmy: Invensys, ABB, Siemens, Honeywell, Yokogawa, Mitsubishi, Emerson Process Management, GE Inteligent Platforms atd. je mnoho, ale lze nalézt i firmy soustředící se na český energetický trh. Mezi takové firmy patří: •

•

• • •

•

•

EG–Expert – Jejich produktem je SW eSADA, což je SW řešení obsahující sadu aplikací určených zejména pro procesy v energetice. Obsahuje systémy pro správu a údržbu výrobního zařízení, pro řízení kontinuální výroby a pro podporu fakturace komodit i řízení zakázek projektového typu. [45] ZAT – Firma, která se soustřeďuje na odvětví s vysokými nároky na spolehlivost a individuální řešení, vyžadovaná zejména v oblasti energetiky, těžby nerostů, dopravy a zdravotnictví. [46] Pantek – Firma, která se specializuje na dodávku a technickou podporu zejména SW produktů pro oblast průmyslové automatizace. [47] MICROSYS – Firma zabývající se vývojem vizualizačního (SCADA) software PROMOTIC a realizující aplikace v oblasti průmyslové automatizace. [48] GEOVAP, spol. – Firma, která se specializuje na SCADA/HMI (human–machine interface, tedy především grafické rozhraní mezi člověkem a strojírenským systémem) systémy určené pro monitorování a ovládání nejrůznějších průmyslových technologií a automatizaci budov. Produktem je systém RELIANCE. [49] AMiT - Výrobce řídicích systémů, počítačů a elektroniky pro průmyslovou automatizaci. Zabývá se zakázkovým vývojem a výrobou elektroniky pro průmysl. [50] Teco a.s. - Český výrobce průmyslových řídicích systémů kategorie PLC2 [51]

Toto jsou jen některé z firem, v jejichž referencích je i dodávka řídícího systému do některé z českých elektráren. Spolu s těmito existuje i řada dalších firem, které nabízejí řídící systémy pro různou průmyslovou činnost podniků či automatizované řídící systémy pro domácnosti.


55

4.4 Současné možnosti DŘS V současné době se společnost z pohledu možností řízení průmyslových procesů ve svém vývoji dostala do fáze, kdy je technicky relativně jednoduché skloubit požadavky produkce s minimalizací nákladů na lidskou činnost a s minimalizací požadavků na energie. Moderní řídící systémy dokážou spotřebiteli ušetřit mnoho peněžních nákladů spojených s energiemi. V průmyslových objektech se může jednat například o zkvalitnění systému osvětlení (kdy existuje možnost ovládat osvětlení různých míst centrálně včetně možností vizualizace prostor), lepší řízení výrobního procesu (například v kontextu s využitím různých cenových tarifů elektrické energie), lepší správa skladu zásob a plánování výroby (v kontextu s možnostmi SW) a v neposlední řadě je zde také bezpečností parametr. Návratnost investice do automatizace a řídících systému se pak vesměs pohybuje v řádu jednotek let v závislosti na typu a rozsahu investice. Řídící systémy také stále více nacházejí uplatnění v domácnostech, kdy mnoho firem nabízí řešení tzv. Smart Homes, tedy inteligentních domů. S tímto pojmem se můžeme setkat nejen v souvislosti se SG, ale právě i nezávisle na vnějším uspořádání systému sítě, jako s autonomní jednotkou lidského obydlí, kdy systém automatizovaných systémů umožňuje nové možnosti v řízení domácnosti, jako například pomocí osobního počítače či dotykového displeje možnost ovládat světla, světelné scény; topení a klimatizaci; žaluzie, rolety, markýzy; garážová vrata, brány; zavlažovací systém zahrady, bazén, vířivku; bezpečnostní systém, kamerový systém; elektrické spotřebiče, zásuvky, vše s možností vzdáleného přístupu a automatizace funkcí.

4.5 DŘS v energetice DŘS zprostředkovává komunikaci a vizualizaci měření a regulací odběrů či výrob energií. Obecně vytváří komplexní přehled o stavu výroby či odběru energetických veličin, které jsou na systém řízení napojeny (elektroměry, plynoměry, vodoměry, měřiče tepla). Mezi standardní funkce DŘS v energetice patří: • • • • • • • • • • • • • •

měření a regulace spotřeby energie; nastavitelnost odběrového diagramu a regulačních stupňů; sledování hodinových odběrů a jeho odchylek dle podmínek zákazníka; měření podružných odběrů (např. vzduch, chlad atd.); sdružování měřených odběrů do provozních celků tzv. středisek či datových center; definování součtových odběrů; zpracování naměřených veličin v tabulkové nebo i grafické formě; predikce odběrů, alarmování při překročení limitů; možnosti definování přístupových práv pracovníků; ukládání naměřených dat v definované periodě; zobrazování historických průběhů naměřených veličin; poskytování dat pro další stanice na informační síti a přenos údajů do vyšších informačních systémů a databází; archivace důležitých událostí v systému do souborů událostí a alarmů pro další zpracování a vyhodnocování; možnost stanovování priorit spotřebičům a následné odpojování daných spotřebičů podle předem stanovených priorit s možností nastavení druhu signalizace a času předzvěsti před vypnutím spotřebiče;


• • •

56

možnost definování minimální a maximální technologicky přípustné doby pro odpojení nebo chod spotřebiče; možnost internetového klienta a možnost napojení na informační systém podniku; možnost monitorovat i další jiné technologie (např.: váhy, objemy zásobníků, zabezpečovací systémy atd.).

5 Role alternativních zdrojů a distribuované výroby ve Smart Grids

57

5 ROLE ALTERNATIVNÍCH ZDROJŮ A DISTRIBUOVANÉ VÝROBY VE SMART GRIDS Jako každé odvětví průmyslu, tak i energetika prochází určitým vývojem. Tento vývoj jde ve výrobě ve směru od velkých centralizovaných zdrojů energie získávajících energii pro výrobu elektřiny z neobnovitelných zdrojů energie, za které považujeme uhlí či jádro, k menším decentralizovaným zdrojům získávající energii z obnovitelných zdrojů, jako je vítr, voda, slunce či biomasa. Tento trend však není dogmatický a nese v sobě mnoho atributů včetně finančního, technologického, hospodářského, ekologického a dalších. Vesměs pak jde o snahu o nalezení optimálního a vyváženého tzv. energetického mixu, který musí fungovat s podmínkami kvality, kvantity, jistoty a spolehlivosti výroby, hospodárnosti atd. Z pohledu spotřeby pak jde vývoj k otevírání možností, které uživateli přinesou zejména vidinu finanční úspory. Tento vývoj je dán požadavky, které si klade samotná společnost. Za změnou dnes zaběhlé struktury můžeme hledat například zvyšující se potřebu po možnostech, ale mým názorem je, že na prvním místě jsou přece jen finance. Celá změna systému si totiž vyžádá velikou finanční podporu, a těch, kteří na tomto vývoji budou chtít vydělávat, bude mnoho. Vznikají nové možnosti pro mnoho subjektů, které se budou chtít podílet na tomto přechodu, ať už jde o obchodníky s energiemi, nové malé výrobce elektrické energie, firmy specializující se na realizaci projektů od návrhu po realizaci, řízení, údržbu až po likvidaci, podniky vyrábějící potřebné komponenty (např. smart metry) atd. Volný trh s elektřinou vyžaduje, aby PS byla schopna přenášet výkon všem spotřebitelům zapojeným v soustavě pro jakoukoliv konfiguraci zdrojů, která je dána obchodními dohodami, které minimálně přihlíží na stav PS. Podle představ volného obchodu by měl být stav PS teoreticky vždy takový, aby každou konfiguraci zdrojů a odběrů určených dlouhodobými ale i krátkodobými smlouvami 24 hodin dopředu mezi výrobci a odběrateli byl schopen uskutečnit, včetně řešení poruchových stavů. To samo o sobě je poměrně náročný požadavek, který je ještě navíc ovlivňován prostřednictvím zdrojů využívající OZE a z nich zejména průběhem výroby VTE a FVE. [52] Tím, že v celé topologii ES bude rozeseto spousta různě velkých zdrojů a tím, že legislativa káže pravidla, která určují, jaké zdroje mají být upřednostňovány bez ohledu na charakter jejich výroby (řeč je především o VTE, FVE ale i o OZE vůbec), budou kladeny vysoké požadavky na řízení celého takto vzniklého systému. Tomuto chytrému systému řízení se obecně začalo říkat Smart Grid. Bude důležité, aby celý systém řízení chodu ES ve SG fungoval tak, jak je to od něho vyžadováno. Vzhledem k velkému počtu AZE a pro ně charakteristické distribuované výrobě a především k různé cenové výhodnosti bude důležité zajistit vždy správný mix zdrojů tak, aby nebyla ohrožena stabilita, spolehlivost a dodávka elektrické energie spolu s dodržením legislativních podmínek a zajištěním co nejekonomičtější varianty. O toto vše by se měl budoucí systém SG umět postarat. Distribuovaná výroba by pak měla hrát významnou roli při rozčlenění sítě do ostrovních provozů malého rozsahu v případě nehod, oprav atd. Tímto se zvýší spolehlivost dodávky elektrické energie.

6 Závěr

58

6 ZÁVĚR Problematika AZE je především v jejich distribuované výrobě. Dalo by se říct, že jde o jeden z novějších atributů, neboť v historii byly většinou stavěny centralizované výrobny větších výkonů. Speciální oblastí AZE jsou pak VTE a FVE, které mají navíc charakter nestálého a hůře predikovatelného zdroje. Vzhledem k rostoucímu podílu těchto zdrojů je nutné řešit otázku řízení jejich spolehlivé a ekonomicky přijatelné implementace do ES. Bez ohledu na to, jak se budoucí systém řízení chodu ES bude nazývat, je důležité, aby nějaký vznikl a správně fungoval. S rostoucími požadavky na výrobu, kvalitu elektrické energie a řízení spotřeby je důležité vyvinout spolehlivě pracující prostředek, který toto bude řešit. Integrace různých, především malých zdrojů elektrické energie do ES je poměrně problematické s ohledem na legislativní požadavky jejich podílu výroby a charakter jejich provozu. S rostoucím počtem zdrojů energie pak logicky roste i složitost topologie sítě a tím se opět zvyšují požadavky na provoz elektrické sítě jako celku. Nejpalčivějším místem elektroenergetiky se v posledních letech stal bouřlivý rozvoj FVE a VTE. Enormní nárůst jejich instalovaných výkonů spolu s legislativními požadavky (kdy energie vyrobená pomocí OZE musí být přednostně vykupována) si žádá zvýšené nároky na řízení provozu. Toto by měl systém zvaný SG v budoucnu umět řešit. Systém SG by měl pak dále nabízet další možnosti a výhody jak pro výrobce, tak pro spotřebitele, které za současného stavu nejsou možné. Avšak vybudování tak rozsáhlé sítě chytrých měřidel a chytrých řídících systémů, které spolu budou vzájemně komunikovat bude v dnešní době problém spíše financí než technologií. Další potřeba bude jakási standardizace distribuovaných řídících systémů. Existuje spousta firem, které nabízejí systémové řešení DŘS. Jednotlivé DŘS se pak od sebe mohou lišit různým rozsahem služeb, různou produkcí, různou komunikací atd. Jestli pak tedy systém SG má fungovat na celostátní úrovni, bude muset být vyřešena otázka komunikace všech těchto částečně rozdílných systémů. Během psaní této práce jsem nabyl dojmu nutnosti zavádění systému SG do ES ČR. Její výhody podle mě značně převyšují její negativa. A i některá negativa jsou z určitého pohledu věci prospěšná. Například otázka finanční náročnosti celého projektu může být brána kladně, pokud tento „přechod“ na SG nabídne lidem práci, či je alespoň donutí více myslet nad osobními financemi při platbě účtu za elektřinu. Jedna z brzd rozvoje SG by pak mohla být určitá neofobie u mnoha domácností. Samozřejmě také potrvá určitý čas, než trh zaplaví tzv. smart spotřebiče, které budou sto využívat možností, které jim systém SG nabízí. Stejně tak rozvoj elektromobility se neuskuteční ze dne na den, ale bude procesem dlouholetým. Ovšem bez povšimnutí by neměl zůstat systém HDO, který se v rámci státu dlouhá léta utvářel a budoval a měl by se tedy zvážit jeho možný přínos budoucí „chytré síti“. Systém SG by také měl pomoci modernímu trhu s elektřinou, měl by pomoci implementaci energií vyrobené z OZE a měl by také uspokojit rostoucí potřeby „digitální“ společnosti. Naopak by se ale nemělo zapomínat potencionální rizika, která sebou systém SG může přinést, jako jsou např. bezpečnostní hrozby, které začínají být žhavým tématem a také by se neměla přeceňovat především spolehlivost informačních a komunikačních technologií, které by mohly mít v konečném důsledku negativní vliv na spolehlivost.

6 Závěr

59

Jak rychle a do jaké míry bude realizován systém SG záleží na mnoha faktorech, z nichž největší vliv bude mít dle mého přístup legislativy a aktivita především dvou největších distributorů v ČR.

Použitá literatura

60

POUŽITÁ LITERATURA [1]

Česká republika. Energetický zákon: o podmínkách podnikání a o výkonu státní správy v energetických odvětvích a o změně některých zákonů (energetický zákon). In: 458/2000 Sb. 2000.

[2]

Oxford dictionaries: alternative energy. OXFORD UNIVERSITY PRESS. Http://oxforddictionaries.com/ [online]. Oxford (Velká Británie): Oxford University Press, © 2011 [cit. 2011-10-25]. Dostupné z: http://oxforddictionaries.com/definition/alternative+energy

[3]

Responding to Climate Change. RESPONDING TO CLIMATE CHANGE. Http://www.rtcc.org/ [online]. RTCC, © 2007 [cit. 2011-10-25]. Dostupné z: http://www.rtcc.org/2007/html/glossary.html

[4]

Natural Resources Defense Council: Glossary of environmental terms. NATURAL RESOURCES DEFENSE COUNCIL. Http://www.nrdc.org/ [online]. 2011 [cit. 2011-1025]. Dostupné z: http://www.nrdc.org/reference/glossary/a.asp

[5]

Bureau of Ocean Energy Management, Regulation and Enforcement: Definitions. BUREAU OF OCEAN ENERGY MANAGEMENT, Regulation and Enforcement. Bureau of Ocean Energy Management, Regulation and Enforcement [online]. 2010, 10.11.2010 [cit. 2011-10-25]. Dostupné z: http://www.boemre.gov/offshore/RenewableEnergy/Definitions.htm

[6]

TŮMA, Jiří. Spolehlivost v elektroenergetice. 1. vyd. Praha: ČVUT, 2006, 291 s. ISBN 80239-6483-6.

[7]

Česká republika. Vyhláška o stanovení minimální účinnosti užití energie při výrobě elektřiny a tepelné energie. In: 349/2010 Sb. 2010. Dostupné z: http://www.mojeenergie.cz/cz/vyhlaska-c-349-2010-sb

[8]

KOPIČKA, M. Využití obnovitelných zdrojů v ČR . Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2010. 41 stran. Vedoucí bakalářské práce doc. Ing. Antonín Matoušek, CSc.

[9]

INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. World energy outlook 2008 [online]. 2008 ed. Paris: International Energy Agency, 2008 [cit. 2012-02-02]. ISBN 978-926-4045-606. Dostupné z: http://www.iea.org/textbase/nppdf/free/2008/weo2008.pdf

[10] BOSSEL, Ulf. Physics and Economy of Energy Storage [online]. Gelsenkirchen (Germany): European Fuel Cell Forum, 30.10.2006 [cit. 2012-03-30]. Dostupné z: http://www.eurosolar.org/new/pdfs_neu/Main/IRES2006_Bossel.pdf [11] SmartGrids - European Technology Platform: Frequently Asked Questions. SMARTGRIDS - EUROPEAN TECHNOLOGY PLATFORM. Http://www.smartgrids.eu/ [online]. SmartGrids - European Technology Platform, © 2012 [cit. 2012-02-22]. Dostupné z: http://www.smartgrids.eu/node/56#12 [12] MPO. Státní energetická koncepce ČR: Státní energetická koncepce, která byla schválena vládou ČR dne 10. 3. 2004 a aktuální verze návrhu "Aktualizace Státní energetické koncepce" z února 2010. Praha, 2004. Dostupné z: http://www.mpo.cz/dokument5903.html [13] Evropská unie. Directive of the European Parliament and of the Council. In: 2009/72/EC. 13.7.2009, strana 91, Dostupné z: http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2009:211:0055:0093:EN:PDF


61

[14] SMART GRIDS EUROPEAN TECHNOLOGY PLATFORM. Strategic Deployment Document for Europe’s Electricity Networks of the Future [online]. 1. vyd. April 2010 [cit. 2011-12-11]. Dostupné z: http://www.smartgrids.eu/documents/SmartGrids_SDD_FINAL_APRIL2010.pdf [15] POHORSKÝ, Jiří. HDO - hromadné dálkové ovládání. 1. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2002, 118 s. ISBN 80-730-0054-7. [16] Evropská unie. Directive of the European Parliament and of the Council. In: 2004/22/EC. 31.3.2004. Dostupné z: http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2004:135:0001:0080:EN:PDF [17] KESTER, J.C.P., M.J.G. BURGOS a John PARSONS. Smart Metering Guide: Energy Saving and the Customer, Edition 2010 [online]. 16 November 2009, 1 October 2009 [cit. 2012-02-01]. Dostupné z: http://www.ecn.nl/docs/library/report/2011/e11077.pdf [18] NOVOTNÝ, Vít. Komunikační prostředky mobilních sítí. Brno, Czech Republic: VUT Brno, 2010. s. 1-181 [19] EUROSTAT. Dopravní park: všechna vozidla. 10.6.2010. Dostupné z: http://www.czso.cz/csu/2010edicniplan.nsf/t/00002AB1DB/$File/1607100614.pdf [20] BS. ČEZ nabízí „FUTUR/E/MOTION – Energii zítřka“. ČEZ nabízí „FUTUR/E/MOTION – Energii zítřka“ - Technický týdeník [online]. 2009, roč. 2009, č. 14 [cit. 2012-02-01]. Dostupné z: http://www.techtydenik.cz/detail.php?action=show&id=5715&mark= [21] HORČÍK, Jan. Dobíjecí stanice. Hybrid.cz: Slovníček [online]. 29 Prosinec 2010 [cit. 2012-02-14]. Dostupné z: http://www.hybrid.cz/slovnicek/dobijeci-stanice [22] MPO. Evidence čerpacích stanic pohonných hmot: Zpráva o aktualizaci a stavu Evidence čerpacích stanic pohonných hmot v ČR k 30. 6. 2010 [online]. Praha, Červenec 2010 [cit. 2012-02-14]. Dostupné z: http://www.cleanvehicle.eu/fileadmin/downloads/Czech_Republic/Report%20n%20about %20the%20state%20of%20records%20and%20filling%20stations%20set%20up%20under %20Act%20No.%203112006%20Coll.%20Propellants%20at%2030%206.2010.pdf [23] PluginMap.eu. Http://www.elektromobily.org [online]. 27.1.2011 [cit. 2012-02-14]. Dostupné z: http://www.elektromobily.org/wiki/PluginMap.eu [24] Consumption of electricity by industry, transport activities and households/services: Final Energy Consumption - Industry. EUROSTAT. Http://epp.eurostat.ec.europa.eu: Statistics [online]. 2011, 2012-01-06 [cit. 2012-03-30]. Dostupné z: http://epp.eurostat.ec.europa.eu/tgm/refreshTableAction.do?tab=table&plugin=1&pcode=t en00094&language=en [25] Final energy consumption, by sector: Final Energy Consumption. EUROSTAT. Http://epp.eurostat.ec.europa.eu/: Statistics [online]. 2011, 2012-03-28 [cit. 2012-03-30]. Dostupné z: http://epp.eurostat.ec.europa.eu/tgm/refreshTableAction.do?tab=table&plugin=1&pcode=t sdpc320&language=en [26] FUTUR/E/MOTION. ČEZ, a.s. Http://futuremotion.cz [online]. © 2012 [cit. 2012-02-05]. Dostupné z: http://futuremotion.cz/cs/futuremotion.html [27] ČEZ, a. s. Smart Grids: Futur/e/motion [online]. © 2012 [cit. 2012-02-03]. Dostupné z: http://www.futuremotion.cz/smartgrids/cs/vrchlabi.html


62

[28] EVROPSKÁ KOMISE. Sdělení komise Evropa 2020: Strategie pro inteligentní a udržitelný růst podporující začlenění [online]. Brusel, 3.3.2010 [cit. 2011-12-11]. Dostupné z: http://ec.europa.eu/eu2020/pdf/1_CS_ACT_part1_v1.pdf [29] PAVLÍČEK, Martin. Vrchlabí se stává prvním „energeticky chytrým“ regionem v České republice. Clean and smart technologies [online]. 7.10.2010, 8.10.2010 [cit. 2012-02-11]. Dostupné z: http://www.clean-smart-technologies.com/clanek/vrchlabi-se-stava-prvnimenergeticky-chytrym-regionem-v-ceske-republice/ [30] Smart Region Vrchlabí připravuje teoretickou výzbroj pro chytré sítě. ČEZ ENERGO. Http://www.cez.cz: Tiskové zprávy [online]. 30.9.2010 [cit. 2012-02-11]. Dostupné z: http://www.cez.cz/kogenerace/cs/novinky/tiskove-zpravy/w-3074.html [31] Vrchlabský projekt Smart Region pokračuje. Technický týdeník: Aktuální technické zprávy / denní zpravodajství [online]. 13.října 2011 [cit. 2012-02-09]. Dostupné z: http://www.techtydenik.cz/tech_zpravy.php?id=5502&part=5 [32] JL Systém: Ukázkový účet. Https://www.jlsystem.cz/ [online]. JLsystem, © 2010-2011, verze 1.0 rev. 141 [cit. 2012-04-01]. Dostupné z: https://online.jlsystem.cz/ [33] European Commission: Technology & Innovation, SET Plan. EUROPEAN COMMISSION. Http://ec.europa.eu/ [online]. 2010 [cit. 2012-02-21]. Dostupné z: http://ec.europa.eu/energy/technology/set_plan/set_plan_en.htm [34] TECHNOLOGICKÁ PLATFORMA UDRŽITELNÁ ENERGETIKA ČR. Strategická výzkumná agenda v energetice [online]. 1. vyd. 29.12.2010 [cit. 2012-03-09]. Dostupné z: http://www.tpue.cz/sites/default/files/SVAE1.PDF [35] ČESKÁ TECHNOLOGICKÁ PLATFORMA SMART GRID. Stanovy zájmového sdružení právnických osob [online]. 12.11. 2009 [cit. 2012-03-10]. Dostupné z: http://www.smartgridcz.eu/clen/attachments/STANOVY.pdf [36] Česká technologická platforma Smart Grid: Strategická výzkumná agenda pro oblast Smart Grid v ČR. Http://smartgridcz.eu/: aktuality [online]. 1.3.2010 [cit. 2012-03-11]. Dostupné z: http://smartgridcz.eu/aktuality.html [37] Rozvíjený směr v energetice - smart grids & metering: Aktuální stav + záměry a výhledy v ČR. Praha: EGÚ Praha Engineering, 25. dubna 2012. [38] THE EUROPEAN WIND ENERGY ASSOCIATION. EU Energy Policy to 2050: Achieving 80-95% emissions reductions [online]. March 2011 [cit. 2012-03-21]. Dostupné z: http://www.ewea.org/fileadmin/ewea_documents/documents/publications/reports/EWEA_ EU_Energy_Policy_to_2050.pdf [39] ACCOMPANYING RESEARCH. E-Energy: Smart Grids made in Germany [online]. [cit. 2012-03-19]. Dostupné z: http://www.e-energy.de/en/ [40] European Smart Cities [online]. [cit. 2012-04-01]. Dostupné z: http://smart-cities.eu/ [41] Pike Research [online]. © 2012 [cit. 2012-03-15]. Dostupné z: http://www.pikeresearch.com/ [42] ROGAI, Sergio. ENEL. Telegestote Project: Progress & Results [online]. 26th March 2007 [cit. 2012-03-21]. Dostupné z: http://www.ieeeisplc.org/2007/docs/keynotes/rogai.pdf [43] GIORDANO, V., F. GANGALE, G. FULLI a M. S. JIMÉNEZ. Smart Grid projects in Europe: lessons learned and current developments [online]. Netherlands, © European


63

Union, 2011 [cit. 2012-03-18]. ISBN 978-92-79-20487-6. Dostupné z: http://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/bitstream/111111111/22212/1/smartgridproj ects-report_final_pubsy.pdf [44] RANOCHOVÁ, Denisa. Řídicí systémy v energetice. Economia, a.s., Hospodářské Noviny IHNED [online]. 27.10.2011, 26.10.2011 [cit. 2011-12-30]. ISSN 1213 - 7693. Dostupné z: http://pravniradce.ihned.cz/c1-53403730-ridici-systemy-v-energetice [45] EG - EXPERT, s.r.o. EG - Expert [online]. EG - Expert [cit. 2011-11-15]. Dostupné z: http://www.egexpert.cz/ [46] ZAT, a.s. ZAT [online]. [cit. 2011-11-15]. Dostupné z: http://www.zat.cz/ [47] PANTEK (CS), s.r.o. Pantek [online]. Pantek (CS) s.r.o., © 2011 [cit. 2011-11-15]. Dostupné z: http://www.pantek.cz/ [48] MICROSYS, spol. s r.o. MICROSYS [online]. MICROSYS, spol. s r.o. [cit. 2011-11-15]. Dostupné z: http://www.promotic.eu/ [49] GEOVAP, spol. s r.o. Reliance [online]. GEOVAP, spol. s r.o., © 2011 [cit. 2011-11-15]. Dostupné z: http://www.reliance.cz/cs/main [50] AMIT, spol. s r.o. AMiT [online]. [cit. 2011-11-15]. Dostupné z: http://www.amit.cz/inet_dir/cz/currently.htm [51] TECO, a.s. Teco [online]. © 2009 [cit. 2012-03-15]. Dostupné z: http://tecomat.com/ [52] ŠKORPIL, Jan, Jiřina MERTLOVÁ a Bedřich WILLMANN. Obnovitelné zdroje a jejich začleňování do energetických systémů: publikace ke grantovému projektu GAČR 102/06/0132. 1. vyd. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, 2008, 50 s. ISBN 978-807043-733-9.

2005 2006 2007 2008 2009 2010 výroba podíl podíl výroba podíl podíl výroba podíl podíl výroba podíl podíl výroba podíl podíl výroba podíl podíl netto výroby OZE netto výroby OZE netto výroby OZE netto výroby OZE netto výroby OZE netto výroby OZE [GWh] [%] [%] [GWh] [%] [%] [GWh] [%] [%] [GWh] [%] [%] [GWh] [%] [%] [GWh] [%] [%] PE + PPE + PSE: 49 859,8 65,44 49 966,4 64,15 53 982,8 66,31 49 445,9 64,14 46 980,8 61,82 48 711,8 61,30 - ČU 5 879,9 7,72 6 284,6 8,07 7 251,8 8,91 5 648,8 7,33 4 897,2 6,44 5 557,2 6,99 - HU 39 301,6 51,58 38 970,8 50,04 41 774,8 51,31 38 033,6 49,34 36 330,3 47,81 36 820,5 46,34 - cíleně pěstovaná biomasa 14,5 0,02 0,43 58,8 0,08 1,62 137,7 0,18 3,04 250,2 0,31 4,38 - hnědá (lesní) biomasa 657,7 0,81 19,71 545,8 0,71 15,01 665,8 0,88 14,68 635,9 0,80 11,14 0,88 19,89 515,9 0,68 17,25 681,9 - bílá a odpadní biomasa 259,8 0,32 7,79 557,8 0,72 15,34 546,4 0,72 12,05 540,8 0,68 9,47 - oleje (mazut, nafta, LTO) 225,0 0,30 203,4 0,26 164,5 0,20 176,3 0,23 153,0 0,20 119,8 0,15 - zemní plyn 1 034,6 1,36 922,1 1,18 921,6 1,13 961,0 1,25 941,5 1,24 1 013,5 1,28 - bioplyn 6,4 0,01 0,19 6,5 0,01 0,19 124,2 0,16 3,41 307,0 0,40 6,77 476,0 0,60 8,34 0,05 1,36 40,6 - skládkový plyn 24,4 0,03 0,71 24,1 0,03 0,72 76,9 0,10 2,11 83,0 0,11 1,83 83,4 0,10 1,46 - ostatní plyny 2 729,7 3,58 2 724,9 3,50 2 790,4 3,43 3 138,4 4,07 2 832,5 3,73 3 075,6 3,87 - ostatní pevná paliva 34,7 0,05 38,8 0,05 34,0 0,04 29,8 0,04 30,0 0,04 53,7 0,07 - ostatní kapalná paliva 73,7 0,10 49,2 0,06 21,4 0,03 5,0 0,01 14,1 0,02 8,8 0,01 - bez specifikace paliva 24,0 0,03 59,8 0,08 61,8 0,08 89,4 0,12 42,6 0,06 76,4 0,10 VE: 3 013,9 3,96 3 243,1 4,16 2 512,3 3,09 2 365,1 3,07 2 969,3 3,91 3 366,0 4,24 - VE 2 370,3 3,11 79,28 2 540,1 3,26 74,08 2 080,8 2,56 62,36 2 015,3 2,61 55,41 2 419,3 3,18 53,35 2 778,1 3,50 48,65 - PVE 643,6 0,84 703,0 0,90 431,5 0,53 349,8 0,45 550,0 0,72 587,9 0,74 JE 23 255,0 30,52 24 498,7 31,46 24 624,4 30,25 25 015,3 32,45 25 664,7 33,77 26 440,9 33,27 VTE 21,2 0,03 0,71 49,1 0,06 1,43 124,7 0,15 3,74 243,8 0,32 6,70 286,9 0,38 6,33 334,1 0,42 5,85 FVE 0,1 0,00 0,00 0,2 0,00 0,01 1,8 0,00 0,05 12,9 0,02 0,35 88,4 0,12 1,95 611,7 0,77 10,71 AOE + GOE 41,8 0,05 1,40 126,7 0,16 3,70 166,7 0,20 5,00 1,4 0,00 0,04 0,0 0,00 0,00 0,0 0,00 0,00 Výroba el. netto celkem 76 191,7 77 884,1 81 412,7 77 084,6 75 990,0 79 464,6 Podíl OZE na výrobě netto 3,92 4,40 4,10 4,72 5,97 7,19 zkratky: PE – Parní elektrárna PPE – Paroplynová elektrárna PSE – Plynová, spalovací elektrárna LTO – lehký topný olej PVE – Přečerpávací vodní elektrárna AOE – jiná alternativní elektrárna GOE – Geotermální elektrárna OZE – Obnovitelné zdroje energie netto = celková výroba elektřiny na svorkách generátorů – vlastní spotřeba na výrobu elektřiny Za OZE jsou brány: biomasa, bioplyn, skládkový plyn, vodní elektrárna, větrná elektrárna, fotovoltaická elektrárna, AOE a GOE.

Druh výrobny - palivo (dělení)

Příloha A: Vývoj netto výroby elektrické energie z pohledu druhu výrobny a paliva

Příloha A: Vývoj netto výroby elektrické energie z pohledu druhu výrobny a paliva

64

65

Příloha B: Predikce instalovaného výkonu a výroby el. energie vybraných území

Příloha B: Predikce instalovaného výkonu a výroby el. energie vybraných území podle OECD Svět Primární energie Uhlí Ropa/nafta Plyn Jádro Voda Biomasa a odpad Vítr Geotermal Slunce Příliv/odliv a vlny Celkem

2006 1 382 415 1 124 368 919 45 74 9 7 0 4 344

2015 1 995 397 1 373 397 1 134 80 271 14 35 1 5 697

instalovaný výkon [GW] 2020 2025 2030 2 232 2 475 2 692 345 305 267 1 461 1 550 1 695 407 427 433 1 239 1 340 1 436 106 137 172 383 473 551 18 21 25 72 126 208 1 1 4 6 264 6 855 7 484

Uhlí Ropa/nafta Plyn Jádro Voda Biomasa a odpad Vítr Geotermal Slunce Příliv/odliv a vlny Celkem

instalovaný výkon [GW] 2020 2025 2030 208 202 186 40 29 20 202 206 225 104 95 85 235 243 248 36 41 44 187 220 243 2 2 3 32 54 76 1 1 3 1 046 1 095 1 133

nárůst 2,7 % p.a. -1,3 % p.a. 2,4 % p.a. 0,9 % p.a. 1,9 % p.a. 5,5 % p.a. 10,7 % p.a. 4,7 % p.a. 20,7 % p.a. 14,4 % p.a. 2,4 % p.a.

2015 1 103 80 887 876 575 148 323 12 23 1 4 028

výroba [TWh] 2020 2025 2030 1 128 1 126 1 062 52 46 54 961 1 19 779 714 636 616 645 663 175 203 219 441 535 621 14 16 19 42 73 107 2 5 10 4 211 6 381 4 537

nárůst 0,2 % p.a. -3,5 % p.a. 1,8 % p.a. -1,8 % p.a. 1,4 % p.a. 3,5 % p.a. 8,8 % p.a. 3,5 % p.a. 16,9 % p.a. 13,3 % p.a. 1,1 % p.a.

2015 4 445 57 83 176 715 18 62 2 2 0 5 559

výroba [TWh] 2020 2025 5 246 5 876 58 55 121 165 211 252 826 927 28 61 101 130 3 4 11 25 0 0 6 606 7 495

nárůst 4,3 % p.a. 0,3 % p.a. 9,2 % p.a. 7,3 % p.a. 3,6 % p.a. 17,1 % p.a. 16,6 % p.a. 3 nerelev. 28,9 % p.a. nerelev. 4,4 % p.a.

nárůst 2006 2015 2 2,8 % p.a. 7 756 11 100 -1,8 % p.a. 1 096 1 046 1,7 % p.a. 3 807 4 725 0,7 % p.a. 2 793 3 134 1,9 % p.a. 3 035 3 734 5,7 % p.a. 239 418 8,7 % p.a. 130 664 4,3 % p.a. 59 98 15,2 % p.a. 4 53 11,6 % p.a. 1 2 2,3 % p.a. 18 921 24 975 OECD Evropa

2006 2015 197 209 67 57 171 194 130 117 15 11 20 30 17 141 1 2 3 18 0 0 834 992

výroba [TWh] 2020 2025 2030 12 442 13 661 14 596 941 865 791 5 243 5 847 6 716 3 232 3 399 3 458 4 101 4 459 4 809 542 693 863 970 1 234 1 490 122 148 177 111 201 352 3 5 14 27 708 30 512 33 265

nárůst -0,2 % p.a. -4,9 % p.a. 1,1 % p.a. -1,7 % p.a. 1,0 % p.a. 3,1 % p.a. 7,0 % p.a. 3,4 % p.a. 13,9 % p.a. 10,6 % p.a. 1,3 % p.a.

1

2006 1 009 126 745 978 480 96 83 8 3 1 3 530 Čína

Uhlí Ropa/nafta Plyn Jádro Voda Biomasa a odpad Vítr Geotermal Slunce Příliv/odliv a vlny Celkem

2006 2015 449 866 16 20 14 33 7 21 132 217 2 4 3 28 0 0 0 1 0 0 622 1 189

instalovaný výkon [GW] 2020 2025 2030 1 022 1 187 1 332 20 18 18 42 51 60 25 30 36 251 282 310 6 12 22 45 56 64 0 1 1 6 13 24 0 0 0 1 418 1 650 1 867

1

nárůst 4,6 % p.a. 0,6 % p.a. 6,4 % p.a. 7,3 % p.a. 3,6 % p.a. 11,6 % p.a. 14,2 % p.a. 12,2 % p.a. 27,2 % p.a. nerelev. 4,7 % p.a.

2006 2 328 52 26 55 436 3 4 0 0 0 2 903

2030 6 335 56 215 298 1 020 112 154 5 47 0 8 241

OECD Evropa zahrnuje členy OECD nacházející se v Evropě. Jsou zde zahrnuty tyto státy: Belgie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Irsko, Island, Itálie, Lucembursko, Maďarsko, Německo, Nizozemsko, Norsko, Polsko, Portugalsko, Rakousko, Řecko, Slovenská republika, Spojené království, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Turecko. 2

Jednotka % p.a. značí meziroční procentní přírůstek.

3

nerelevantní údaj

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Recommend Documents