Elektrizačnú sústavu čakajú veľké zmeny

Na vedeckej konferencii ALER som mal prednášku, ktorá nadväzuje na tému tu už dlhšie prezentovanú – podmienky vyššieho nasadzovania OZE. V rámci prípravy tejto prednášky som sa venoval aj modelu zmien v produkcie a spotreby elektrickej energie. A i keď som sa snažil držať konzervatívneho pohľadu na zmeny, tak závery pre elektrizačnú sústavu nie sú veľmi pozitívne. Bez hlbších zmien v prenosovej a distribučných sústavách môže v horizonte 3 až 5 rokov dôjsť ku kolapsu.

Skúsim ukázať odhad aké zmeny v produkcii a spotrebe nastanú v horizonte do piatich rokov.

Aké zmeny prinesie energetika

Odhadovať rozvoj a zmeny v akomkoľvek odvetví je úloha nevďačná. I  pri zvážení všetkých vplyvov a okolností sa často udeje (zdanlivo) náhodná udalosť, ktorá celý odhad postaví na hlavu. To však neznamená, že sa netreba snažiť budúci vývoj odhadovať. Ba naopak, modelovať zmeny v budúcnosti je o to viac treba a je nutné zvažovať stále širšiu základňu vplyvov.

Vstupné údaje pre modelovanie zmien

Ako základ pre znázornenie vplyvu výroby elektriny je použitý profil maximálnej a minimálnej spotreby v slovenskej elektrizačnej sústave. Ten pochádza od Slovenského elektrizačneho dispečingu uverejneného v ich pravidelnej ročenka.

Graf min. a max. spotreby elektriny Zdroj: Ročenka SED 2016, upravené autorom

V roku 2016 bol profil najmenšej spotreby zaznamenaný 7. 8. a najnižšia okamžitá spotreba bola na úrovni 2 250 MW. Priemerná okamžitá spotreba sa pohybovala okolo 2 550 MW a špičková dosiahla hodnoty 3 000 MW.

Pri najväčšej spotrebe zo dňa 7. 12. vidno, že okamžitá spotreba kolíska medzi hodnotami 3 200 až 4 382 MW.

Ako druhý zaujímavý a dôležitý graf použijem znázornenie podielu výroby elektriny z jednotlivých zdrojov. Na tomto grafe si môžme pozrieť akou výškou okamžitej výroby prispeli jednotlivé technológie.

Graf príspevku zdrojov elektriny na je spotrebe v maxime (7. 12. 2016) Zdroj: Ročenka SED 2016

Základné pásmo spotreby pokryli obe naše jadrové elektrárne – približne 1 830 MW takmer kontinuálneho výkonu. Zvyšný profil sa delí medzi ostatné zdroje, vrátane importu elektriny zo zahraničia. Taktiež na grafe vidno, že SEPS, a.s. musel využiť podporné služby a elektrinu akumulovať v prečerpávacích vodných elektrárňach.

Ich chod bol použitý dokonca aj v čase nákupu (importu) elektriny zo zahraničia. Znamená to, že je lacnejšie použiť prečerpávaciu vodnú elektráreň ako prestať nakupovať zo zahraničia? Tento fenomén si zaslúži bližšiu analýzu, ale to už bude iný článok.

Podobným grafom sa v ďalšej časti budem snažiť reprezentovať vplyvy “novej” energetiky na elektrizačnú sústavu.

Aké zmeny čakajú produkciu elektriny

Slovenské elektrárne, a.s., ako dominantný výrobca elektriny, dokončujú výstavbu dvoch jadrových blokov – EMO 3 a 4 (Elektrárne Mochovce). Iné väčšie zdroje elektriny v súčasnej dobe nie sú vo výstavbe a ani v dohľadnej dobe nie sú plánované.

Blok EMO 3 by mal nabehnúť do prevádzky v roku 2019 a ďalšom roku by mala pribudnúť produkcia z EMO 4. Vplyv spustenia týchto dvoch zdrojov sú znázornené v nasledujúcom grafe.

Graf vplyvu spustenia EMO 3 a 4 Zdroj: Ročenka SED 2016, upravené autorom

Samotné spustenie EMO 3 do plnej prevádzky bude znamenať zvýšenie produkcie “jadrovej” elektriny na úroveň minimálnej spotreby – okolo 2 330 MW.  Avšak po roku 2020 sa spustením EMO 4 výroba elektriny v jadrových elektrárňach dostane na úroveň 2 830 MW. To by znamenalo, že v dňoch najmenšej spotreby bude niekoľko (rádovo až 10) hodín produkcia (obtiažne regulovateľnej) elektriny z jadra vysoko nad úrovňou spotreby. V jednom dni to nebude zásadný problém, máme približne 1 000 MW akumulačný potenciál v prečerpávacích vodných elektrárňach (PVE). Taktiež tu bude možnosť našu elektrinu predať do zahraničia.

Pozn. autora: v tomto článku sa nebudem zaoberať možnosťami cezhraničného obchodu s elektrinou a jej potenciálu. Túto oblasť budem pre účely článku ignorovať.

Ak však bude po sebe niekoľko takýchto dní, tak začne byť problém s akumulačnou kapacitou. Naša najväčšia prečerpávacia vodná elektráreň – Čierny Váh má akumulačnú kapacitu 750 MW po dobu cca. 6 hodín. To je teda obdĺžnik s rozmerom 750 MW x 6 hodín. Ak je horná nádrž plná, viac sa do nej nedostane a obnovenie možnosti elektrinu akumulovať znamená iba, že voda musí byť vypustená – či už výrobou, alebo “len tak na prázdno”.

Ako však vidno z grafu vyššie – po spustení EMO 3 a 4 bude výroba prevyšovať dopyt približne o poldňovú kapacitu našich akumulačných vodných elektrární. Na obnovenie akumulačnej schopnosti budú tieto PVE potrebovať minimálne toľko času ako sa tento objem uskladňoval. Avšak ak bude dní s podobným profilom spotreby viac za sebou, tak už v druhom alebo treťom z nich narazíme na nedostatok možností uskladnenia.

Zmení sa zásadne krivka spotreby?

V predchádzajúcej časti som ukazoval možný budúci nárast produkcie elektriny z jadrových zdrojov. Ako bolo vidno na profile najnižšej spotreby v roku 2016, tak spustenie EMO 3 a 4 prinesie problém s nerovnováhou medzi produkciou a spotrebou. Keďže jadrový zdroj patrí k tým ťažšie regulovateľným a výstavba ďalších prečerpávacích vodných elektrární je nereálna, tak sa pozriem na možný trend rozvoja spotreby elektriny na Slovensku.

Pre hodnotenie trendov do budúcnosti je vhodné sa poučiť z minulých trendov. Na grafe z dielne SEPS, a.s. si môžme pozrieť vývoj výroby a spotreby elektriny na Slovensku od roku 1983. Analyzovať vývoj z obdobia minulého režimu je celkom zbytočné, vtedy vládli úplne iné spoločenské zákonitosti a tak rozvoj spotreby a výroby neodpovedal prirodzeným potrebám dneška.

Hrubá výroba a spotreba elektriny na Slovensku (GWh) Zdroj: SEPS, a.s.

Vhodnejší graf môžme naliezť v poslednej “Správe o výsledkoch monitorovania bezpečnosti dodávok elektriny za 2016“, tu je graf profilu spotreby a výroby (aj s podielmi jednotlivých skupín zdrojov).

Bilancia celkovej výroby a spotreby elektriny SR za roky 2005 – 2016 Zdroj: MH SR

Z grafu vidno, že spotreba v posledných dvoch rokoch stúpla a v roku 2016 sme sa dostali so spotrebou nad hodnotu 30 TWh. Trend rastu spotreby budú ovplyvňovať viaceré skutočnosti:

  • Rast HDP a jeho energetická náročnosť.
  • Rozvoj nástrojov energetickej efektívnosti priemyslu, štátnej správy a domácností.
  • Rozvoj lokálnej výroby – výroby elektriny na mieste spotreby a určenej iba pre vlastnú spotrebu.
  • Rozvoj elektromobility a nabíjacej infraštruktúry.

Tieto vplyvy samozrejme nie sú jediné, ale skúsme si rozobrať zatiaľ iba tie.

Rast HDP a jeho energetická náročnosť

Podľa ekonomických výsledkov sme na Slovensku svedkami rastu HDP na úrovni 3 % a viac. Avšak súčasne dochádza k modernizácii priemyselných podnikov. Táto modernizácia má, okrem vyššej produkcie, jeden z hlavných dôvodov – znižovanie energetickej náročnosti výroby. Je preto možné očakávať, že rozvoj priemyslu a HDP nebude sprevádzaný zásadným nárastom celkovej spotreby.

Z tohto pravidla však musíme uviesť jednu výnimku – spustenie výroby v závode Jaguar pri Nitre. Toto je tak veľký priemyselný komplex, že sa určite prejaví aj na celkovej spotrebe. Momentálne nie sú k dispozícii verejné odhady spotreby tohto areálu, ale môžme odhadnúť že približne kontinuálna spotreba sa bude pohybovať na úrovni minimálne 50 MW príkonu. To bude predstavovať nárast spotreby o viac ako 430 GWh (0,43 TWh) ročne.

Rozvoj nástrojov energetickej efektívnosti budov v priemyslu, štátnej správy a domácnostiach

Toto je oblasť kde sa dajú odhadovať len zásadnejšie trendy. Okrem stavania nových úspornejších budov a modernizácie súčasných budov na štandardy vyššej energetickej efektívnosti (a teda nižšej spotreby) sa určite na spotrebe prejaví demografický vývoj počtu obyvateľov.

Slovensko má v riešení niekoľko programov energetickej efektívnosti – zateplovanie, stavba drevodomov, energetická efektívnosť podnikateľských subjektov, …

Demografický vývoj Slovenska odhaduje skôr miernu stagnáciu počtu obyvateľov.

Záver, pri tomto vplyve na celkovú spotrebu môžme odhadnúť, že bude dochádzať skôr k malému znižovaniu spotreby ako k jej nárastu.

Rozvoj lokálnej výroby

Rozvoj lokálnej výroby (výroby elektriny na mieste spotreby a určenej iba pre vlastnú spotrebu) je umiestnený do kapitoly spotreby a nie do časti zaoberajúcej sa výrobou. Je to trend, kedy si majitelia domácností, alebo podnikov, časť svojej spotreby pokryjú výrobou z vlastných malých elektrární – zväčša založených na OZE. Takáto výroba nebude čerpať podporné prevádzkové mechanizmy a stále častejšie ani podporu pri inštalácii (napr. Zelená domácnostiam).

Tým, že si spotrebiteľ časť elektriny vyrobí sám pre seba, tak sa ale zníži spotreba z klasických zdrojov a zníži sa aj objem elektriny transportovanej prenosovými a distribučnými sústavami.

Presný odhad nárastu lokálnej výroby bude závisieť na cene technológií, na koncovej cene elektriny a množstve iných faktorov. Pre tento článok sa im nebudem zaoberať.

Rozvoj elektromobility a nabíjacej infraštruktúry

Pred časom som tu písal o tom aké výzvy prinesie masívna elektromobilita. Predpoklad, že by sa všetky spaľovacie autá nahradili rýchlo elektromobilmi, je nereálny. Avšak dosiahnuť počtu 50 000 až 100 000 elektromobilov do roku 2020 sa nejaví až tak nereálne. Jeden z vplyvov na rýchlosť rozširovania bude aj prirodzená obnova vozového parku, viď text tu: Kedy bude viac ako polovina automobilov elektrická? Za 10 rokov.

Na začiatku tohto rozvoja sa dá predpokladať, že infraštruktúra nabíjacích staníc nebude v zásade “smart” a nebude obsahovať hlbšiu spoluprácu s riadením elektrizačnej sústavy. To prinesie aj model nabíjania “okamžite po ceste”.

Majitelia EV sa presunú z domu do roboty a svoje vozidlá pripoja na nabíjačky. Väčšinou to budú nabíjačky vo firmách a budú vedieť poskytnúť 3 x 32 A (3 fáze => cca. 20 kW príkonu). Pokiaľ sa takto presunie viac ako 50 000 EV, tak nastane odber 50 000 x 20 kW = 1 GW po dobu 1h (ranná spotreba 1 GWh).
Večer sa zasa majitelia presunú domov. Domácnosti nebudú vo všeobecnosti disponovať tak silnými prípojkami a dá sa teda očakávať dlhšie nabíjanie na menšom príkone: 3 x 10 A (3 fáze => necelých 7 kW príkonu). Večerné nabíjanie bude cca. 330 MW po dobu 3 hodín (opäť celkovo 1 GWh ale rozložené na 3 hodiny).

Pre túto zjednodušenú úvahu budem predpokladať, že zimná a letná nabíjacia prevádzka sa nebude líšiť. Prevádzkovanie nabíjania približne 50 000 EV by spotrebu Slovenska zvýšilo o 720 GWh ročne.

Profil takto zvýšenej spotreby je zaznačený v grafe nižšie.

Odhad nerovnováhy medzi výrobou v jadrových elektrárňach a spotrebou

Pre zdôraznenie dôsledkov spustenia EMO 3 a 4 je ďalej zobrazený graf maximálnej a minimálnej spotreby z roku 2016 a v ňom zakreslená predpokladaná výroba jadrovej elektriny. Ako vidno, tak takmer celý deň (pri minimálnej spotrebe) bude výroba prekračovať spotrebu. V tomto modeli ide až o 3 500 MWh, čo predstavuje približne 3,75 hodiny akumulačnej kapacity našich PVE.

Max. a min. spotreba a jadrové zdroje po spustení EMO 3 a 4

Takýto nadbytok elektriny z jadra nie je problém ak pôjde o jeden výnimočný deň. Ak pôjde o viac ako dva dni v kuse, tak už budeme musieť (správne napísané Slovenské elektrárne, a.s. ako majiteľ všetkých jadrových elektrární) elektrinu predať na trhu.

Pri letmom poznaní zákonností a okolností trhu s elektrinou, sa dnes javí ako nepravdepodobné, že v tomto prípade pôjde o predaj so ziskom. Skôr sa bude riešiť predaj so zápornou cenou. Elektrárne budú musieť platiť za to, že si elektrinu niekto zoberie.

Tento vývoj sa ukazuje ako značne nebezpečný. Na trhu nemusí byť kupec, a to ani za negatívnu cenu. Alebo sa takto predaná elektrina nebude dať od predávajúceho dopraviť kupujúcemu. Elektrina má svoje fyzické zákonitosti toku a obchodné zákonitosti nemusia tieto fyzické požiadavky spĺňať…

Vplyv nabíjania cca. 50 000 elektromobilov

Ako bolo popísané v predchádzajúcich kapitolách, tak po spustení EMO 3 a 4 sa prejaví nedostatok akumulačnej kapacity. Ak však zoberieme do úvahy rozvoj elektromobility popisovaný vyššie, tak denná spotreba vzrastie približne o 2 GWh (ranné a večerné nabíjanie). Previs produkcie z jadra tak klesne na približne 1,5 GWh a to je menej ako 2 hodiny kapacity PVE.

Max. a min. spotreba s nabíjaním EV

V takomto prípade už pre výrobcov elektriny z jadra nie je tak nebezpečný vývoj. I tri dni nízkej spotreby vie pokryť akumuláciou – majiteľom všetkých 4 slovenských PVE sú tiež Slovenské elektrárne, a.s.

Záver

Pri tomto modelovaní vývoja výroby a spotreby neboli zobraté do úvahy ďalšie dôležité fakty: prednostný výkup elektriny z OZE, rozvoj akumulácie elektriny na najmenšej úrovni (domové úložiská ako súčasť rozvoja domácej lokálnej výroby), možný príchod ďalšieho veľkého investora (piata automobilka, iný svetový investor, …) a množstvo ďalších.

Avšak i takto zjednodušený model ukazuje, že prenosová a distribučné spoločnosti by sa už veľmi seriózne mali zamýšľať nad potrebnou zmenou ich prevádzky. Inak ich, ale najmä nás spotrebiteľov, čakajú výpadky, ktoré nebudú spôsobené neočakávanými prírodnými katastrofami. Budú spôsobené zanedbaním očakávateľného vývoja.

Dodatok

Tento ďalší zo série dlhších analytických článkov môžte brať aj ako pozvánku na akciu, kde sa bude podrobne rozoberať téma elektromobility a akumulácie: Smart Energy Forum Praha – účastníci zo Slovenska majú aj zvýhodnenú cenu. Zľavový kupón (20 %) pre čítatelév EnergiaWeb.sk: SEF17SK

Na konferenciu Smart Energy Forum (26.10.2017 – Praha) sa môžete prihlásiť on-line (spoplatnený vstup). Pri online registrácii je potrebné v sekcii “Zľavový kupón” zadať: SEF17SK

Komentáre

comments

2 myšlienky na “Elektrizačnú sústavu čakajú veľké zmeny

  1. Autor sa v jednom odseku pýta, prečo akumulujú PVE aj v čase nákupu elektriny. V ďalšom odseku potom vraví, že PVE je potrebné vyprázdňovať (lebo ich viac nemožno “nafúknuť”) a to po dobu 6 hodín. To je teda aj odpoveď, prečo bežia PVE aj v čase importu elektriny. Aby boli pred rannou špičkou “plné”, a následnou večernou.
    Pekné info, vďaka.

  2. Ďakujem za hodnotenie.
    S tým čerpaním a výrobou v PVE máte pravdu – sú to akumulátory s konštantnou kapacitou. Ten povzdych je skôr nad “obchodnou” stránkou. V princípe to znamená, že naša výroba elektriny je “určite” drahšia ako jej nákup zo zahraničia. Ale príčin a dôsledkov je podstatne viac. Účelom článku bolo ukázať iné fakty a toto je iba malé vedľajšie upozornenie, že tých problémov je viac.
    Tento fenomém je hlboko spojený aj s tzv. kruhovými tokmi a odpojením obchodného toku od fyzického toku. A to je niečo ako odistený granát v ruke. A aj tu sa môže stať, že nám neočakávane vybuchne a napácha škody…

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *

Táto webová stránka používa Akismet na redukciu spamu. Získajte viac informácií o tom, ako sú vaše údaje z komentárov spracovávané.