V názorech na smart grids se neshodují ani samotní energetici
Potřebujeme smart grids? Odpověď zní: ano, potřebujeme, pokud si i do budoucna chceme dopřávat stávajícího komfortu. Žijeme v době ropné a elektrické. Světová ekonomika je založena na ropě, jejíž cena stále stoupá. Jen za první dva měsíce roku 2012 vzrostla její cena ze 100 dolarů na 122 dolarů za barel. Tento růst ovlivňuje růst cen i dalších fosilních paliv, a co je podstatné, tato paliva pomalu docházejí.
Podle Hubbertovy teorie došlo již v roce 2003 k bodu zlomu v těžbě ropy. Tuto teorii potvrzuje i soustavný pokles těžby a informace o záměrně nadsazovaných informacích o zásobách ropy největších producentů. Odhady expertů hovoří o vytěžitelných zásobách ropy zhruba na 45 let. Tak, jak se budou zásoby snižovat, bude se cena ropy dále zvyšovat a tento vývoj bude mít dopad do cen i ostatních surovin, jako jsou plyn a uhlí. Tento růst zásadně změní situaci v dopravě, bude otevírat prostor pro rozvoj elektromobility, díky které se zvýší spotřeba elektřiny.
Nové ekonomiky, jako například Brazílie, Rusko, Indie, Čína, Jižní Afrika a další, spotřebovávají stále více energie a výrazně zvyšují emise CO2. A přitom se zvyšuje tlak vyspělých zemí na masivní snižování těchto emisí a je velmi pravděpodobné, že například Evropská unie bude jedním z lídrů tohoto procesu. Nahradit ropu jako nejvýznamnější energetický zdroj může v budoucnu jen termojaderná fúze, ovšem pro její reálné nasazení a rozšíření bude třeba minimálně 50 let. Toto období lze překonat pouze za využití alternativních zdrojů energií, jako jsou energie ze slunce, větru, vody, biomasy a podobně. Stávající vývoj ukazuje, že tyto zdroje budou mít ve většině případů lokální charakter a bude jim třeba přizpůsobit distribuční sítě.
Můžeme předpokládat, že výše uvedené jevy buď již nastaly, nebo že nastanou v blízké budoucnosti. Adaptace distribučních sítí na tyto změny je otázkou jednotek až desítek let. Dostáváme se tudíž do situace, kdy by vlády vyspělých zemí měly přijmout dlouhodobou strategii, jak se s těmito jevy vypořádat. Volba různých přístupů k řešení může vyústit v některý z těchto scénářů dalšího vývoje:
Katastrofa Nepodnikneme-li s dostatečným předstihem nic, dojde v souvislosti s nedostatkem energetických surovin k rychlému poklesu celosvětové ekonomiky. Tento nedostatek se projeví i v zemědělství a v produkci potravin a způsobí velké globální přesídlování obyvatelstva z měst na venkov. Dojde k ozbrojeným konfliktům za účelem zajištění zbývajících energetických surovin, případně boje o úrodnou půdu.
Ekonomická recese Mírnější scénář, předpokládající pozvolnější pokles těžby ropy a hladký přesun k alternativním zdrojům energie, zahrnuje ekonomickou recesi, vyvolanou vysokými cenami energií. Čím dříve budeme připraveni na využití alternativních zdrojů energie, tím bude doba ekonomické recese kratší.
Tržní řešení Podle řady ekonomů bude zvýšení cen ropy stimulovat investice do alternativních zdrojů energie a/nebo růst efektivity stávajících technologií těžby a spotřeby ropy a/nebo pokles poptávky po ropě, a tím plynule sám odstraní všechny vzniklé problémy. Kritici tohoto scénáře poukazují na nedostatek zbylého času a navrhují zahájit realizaci opatření hned, dokud je ještě prostor pro manévrování.
Spiklenecká teorie Říká, že vše je již vynalezeno, ale patenty vlastní ropné společnosti, které je uvolní až v okamžiku, kdy se těžba ropy začne stávat nerentabilní.
Elektřina se postupně stala samozřejmou součástí našich životů. Moderní přístroje, kterými se plní náš svět, bez ní nemohou fungovat. Zákazníci v rozvinutých zemích jsou zvyklí, že elektřina je k dispozici, a nestarají se o to, jak vzniká. Počet obyvatel roste, stoupá náš životní komfort. Nové zdroje paliv či způsoby výroby a přeměny energie pro pokrytí našich požadavků však zatím nebyly objeveny či vyvinuty a zároveň postupně klesá dostupnost těch stávajících. Stali jsme se rukojmími v rukách uhelné nebo ropné lobby.
Osvícení pochopili tuto naši závislost jakož i vyčerpatelnost fosilních paliv, která jsou dnes masivně přeměňována na teplo a teplo je případně přeměňováno na elektřinu. Je vyvíjen tlak na širší nasazení takových způsobů výroby nebo přeměny energií, které by naši zemi zatěžovaly méně – nyní se například upínáme k výrobě elektrické energie ze slunce a větru nebo k „přemisťování“ tepla pomocí tepelných čerpadel.
Zjevně jsme se dostali na pokraj nové doby, která vyžaduje nasazení moderních technologií nejenom proto, abychom si udrželi naši životní úroveň, ale hlavně proto, abychom se chovali efektivněji a zbytečně nezatěžovali životní prostředí svojí existencí.
Konec jednosměrnosti
Mezi 60. a 80. lety minulého století byly na našem území vybudovány velké elektrárny, jakož i páteřní síť pro rozvod elektrické energie tak, jak jsme ji znali donedávna – rozváděla elektřinu od velkých centrálních zdrojů směrem k zákazníkovi. Takto vybudovaná páteřní síť (o napětí 400, 220 a 110 tisíc voltů) byla a je, vzhledem ke své důležitosti, požadavkům na bezpečnost provozu a spolehlivost dodávek energie, vybavena vyspělými automatizačními prostředky – je protkána systémem senzorů i dálkově řízenými ovládacími prvky. Všechny nitky se sbíhají na dispečerském pracovišti, díky čemuž dispečeři nejen přesně vědí, co se v které části páteřní sítě děje, mohou optimalizovat toky energií, ale v případě poruchy také velmi rychle dodávku elektřiny obnovit.
Pro přenos elektřiny je při vyšším napětí potřebný nižší proud, což snižuje ztráty. Vysokonapěťové soustavy jsou však na provozování výrazně náročnější. Proto je elektřina, jak postupně putuje od elektrárny k nám do zásuvky, průběžně transformována na nižší a nižší napětí. Zjednodušeně lze říci, že uvnitř měst nebo mezi obcemi je již přenášena vedeními s napětím 35 nebo 22 tisíc voltů. Od poslední trafostanice na kraji obce je pak našemu domu již veden rozvod 400/230 voltů.
Jednou z vlastností tohoto systému byl ještě donedávna „jednosměrný“ tok energie. Elektřina vždy proudila od zdroje k zákazníkovi, což bylo pro provozovatele sítě čitelné, předvídatelné, a snadno řiditelné, paprskově uspořádané sítě tak toky energie de facto „předurčovaly“. Energetici byli zároveň zvyklí sledovat chování odběratelů – jak podniků, tak i domácností – a podle toho pomocí dispečerského řízení přizpůsobovat výrobu ve velkých elektrárnách.
Centrální zdroje jsou dnes doplňovány zdroji decentralizovanými. Mezi ně obecně řadíme zdroje s výkonem pod deset megawattů, obvykle malé vodní elektrárny, bioplynové stanice, malé kogenerační jednotky (většinou společná výroba elektřiny a tepla spalováním zemního plynu), ale i dnes intenzivně podporované větrné nebo fotovoltaické elektrárny. Decentrální zdroje odlehčují páteřním sítím, avšak narušují některé zažité zvyklosti provozovatelů distribučních sítí.
Vysoká spolehlivost
Pokud se v síti objeví zdroj, který v určitém okamžiku do sítě dodává více energie, než se jí v této lokalitě spotřebuje, dosud jednosměrné toky energií se mění. Komplikací je také nestabilita těchto zdrojů – u fotovoltaických nebo větrných elektráren nikdo nedovede dopředu spolehlivě říci, jak bude v který okamžik dne svítit slunce nebo vát vítr, tedy kolik energie budou tyto zdroje dodávat. Navíc je naše právní prostředí nastaveno tak, že distributor energii z těchto zdrojů vyrobenou odebrat musí, bez ohledu na aktuální technické podmínky v síti.
Mějme na paměti i další fenomény, například očekávaný boom elektromobility. Vždyť při ryhlonabíjení elektromobilu dochází k odběru až sto ampérů, což je odběr padesáti panelových bytů v sobotu večer při sledování televize.
Výsledkem tohoto pokroku je výrazně náročnější sledování a složitější predikce aktuálních toků energie v síti, zcela nové požadavky na parametry a funkce měřicích senzorů, ovládacích prvků i dispečerského řízení sítě. Spoléháme se na to, že vyrovnat se s těmito výzvami nám pomůže zázrak jménem chytrá síť. Co to ale vlastně je?
V prvé řadě je třeba říci, že smart grids není nic zcela nového a převratného, s čím se v současné elektrizační síti nesetkáme. Sítě o napětích 400, 220 a 110 tisíc voltů jsou provozovány a vybaveny takovými zařízeními, díky kterým můžeme směle říci, že se jedná o velmi chytré sítě. Řídicí a ochranná technika zaručuje, že případné poruchy v této síti jsou řešeny velmi rychle, většinou automaticky, bez větších negativních dopadů na odběratele a zdroje do této sítě připojené. Spolehlivost těchto sítí je mimořádně vysoká, jsou provozovány v tzv. kruhovém zapojení s minimálně jedním nadbytečným prvkem – výpadek jednoho vedení proto nezpůsobí přerušení dodávky elektrické energie.
Jsme schopni tyto principy nasadit na hladinu vysokého a nízkého napětí? Bez úprav rozhodně ne, takové řešení by zjevně nebylo ekonomicky akceptovatelné. Počty prvků a délky vedení, které zde chceme sledovat a řídit, jsou o řád, až několik řádů vyšší.
