Evropský kontinentální přenosový elektrizační systém UCTE: jak reálně funguje

Evropská kontinentální synchronní zóna UCTE (Unie pro koordinaci přenosu elektřiny v Evropě), jedna z největších synchronně propojených soustav světa, v současné době zajišťuje spolehlivou dodávku elektřiny pro více než 500 milionů obyvatel Evropy. Tento vysoce integrovaný systém 24 evropských zemí je tvořen zhruba 200 000 km vedení o napětí převážně 400 a 220 kV, stovkami výrobních zdrojů přímo připojených k soustavě a stovkami rozvoden. Česká elektrizační přenosová soustava je synchronně propojena s UCTE od října roku 1995 a akciová společnost ČEPS jako provozovatel přenosové soustavy ČR ve spolupráci s výrobci elektřiny zajišťuje bezpečný a spolehlivý provoz národní elektrizační soustavy.

Synchronní propojení znamená, že jednotlivé (většinou národní) soustavy – regulační bloky nebo zóny – jsou mezi sebou vzájemně propojeny a pracují společně, se stejnou nominální frekvencí 50 Hz. To s sebou nese technické a provozní výhody – jednotný synchronní systém nevyžaduje tak nákladná regulační opatření jako soustavy pracující odděleně, ale v případě provozních potíží se významné poruchy šíří celým systémem a mohou v rámci dominového efektu způsobit výpadky sítí i v soustavách nacházejících se ve velké vzdálenosti od původce poruchy.

 

Jak je zajištěno, že tak složitý systém spolehlivě funguje několik desítek let?

Elektřinu nelze hospodárně skladovat jako jiné zboží, a proto je v každém okamžiku nutno udržovat rovnováhu mezi výrobou a spotřebou.

 

Když v určité regulační zóně (která obvykle odpovídá území řízenému jednou společností, tj. provozovatelem přenosové soustavy, na území jednoho státu) dojde k výpadku výrobního zařízení, a tedy k nerovnováze mezi výrobou a spotřebou, stane se tato zóna deficitní a začne okamžitě z okolí importovat energii. Zároveň klesne kmitočet v celé soustavě pod nominální hodnotu 50 Hz. To je signál pro předem určené výrobní bloky v celé propojené soustavě, aby během krátké doby patřičně zvýšily svůj výkon, což vede k automatickému vyrovnání vzniklé odchylky a během několika minut je obnovena standardní hodnota kmitočtu 50 Hz. Když naopak výroba převýší spotřebu, výkon dodávaný do soustavy se automaticky sníží. Tuto regulační funkci, primární regulaci, provádějí všechny paralelně pracující regulační zóny UCTE.

Při nerovnováze mezi výrobou, exportem / importem a spotřebou v regulační zóně aktivuje regulátor zóny záložní výrobní zdroje, určené pro sekundární regulaci, a díky tomu zůstane bilance v zóně zachována.

V celé soustavě je také nutno trvale udržovat dostatečnou přenosovou kapacitu, která by v případě potřeby umožnila poskytovat podpůrné služby, tj. dodávat rezervní regulační výkon a další služby.

Zvláště při náhlých výpadcích výroby, spotřeby či přenosových kapacit hrozí celosystémové nízkofrekvenční oscilace (např. 0,2 Hz), které mohou – pokud nejsou tlumeny – ohrozit stabilitu celého systému. Musíme si uvědomit, že přenosová vedení a další prvky technické infrastruktury, například transformátory, mají omezenou kapacitu. Při výpadku jednoho prvku sítě navíc ostatní propojovací prvky podle Kirchhoffova zákona přebírají jeho zatížení. V extrémním případě tak může postupné přetěžování propojovacích prvků vyvolat posloupnost kaskádovitých výpadků, které někdy vyústí v kolaps – blackout – celé sítě nebo její části.

 

Existuje „celoevropský ústřední dispečink“, z něhož se řídí provoz celé propojené soustavy UCTE?

Nikoliv. Praxe minulých desetiletí ukázala, že základní filozofie a výkon funkce decentralizovaného řízení bez nadnárodního „ústředního dispečinku“ řídícího provoz celé propojené soustavy, ovšem s dodržováním přísných technických a organizačních pravidel a standardů všemi členy UCTE, jsou víceméně efektivní. Společný kodex technických a provozních pravidel je navíc zastřešen právním rámcem, který mj. předjímá sankce za neplnění těchto pravidel či odpovědnost za škody způsobené jedním provozovatelem ostatním operátorům při vzniklých provozních poruchách nebo výpadcích.

 

 

Jak je tedy celá propojená soustava řízena?

Jedna nebo několik regulačních zón tvoří regulační blok. Regulační zóny a bloky na základě měření na svých hraničních vedeních udržují rovnováhu vzájemných dodávek elektřiny podle regulačního programu. Neplánované odchylky, tj. rozdíly mezi skutečnými fyzikálními toky energie a plánovanými dodávkami v jednotlivých regulačních zónách či blocích, je nutno registrovat a zúčtovat vždy během následujícího týdne. Zúčtování odchylek se v UCTE provádí v koordinačních centrech – UCTE North v německém Brauweileru (RWE Transportnetz Strom GmbH) a UCTE South ve švýcarském Laufenburgu (swissgrid).

 

 

Nové okolnosti ovlivňující bezpečnost a spolehlivost provozu evropské kontinentální sítě

Evropský přenosový systém byl od padesátých let minulého století koncipován jako technické propojení národních soustav tak, aby se efektivně využil sezonní charakter alpských hydroelektráren a aby jednotný systém využíval synergické efekty při regulaci provozu jak v běžných podmínkách, tak zejména v kritických situacích.

 

 

Společná pravidla pro vnitřní trh s elektřinou – liberalizační snahy

Zvláště v posledních dvou desetiletích (před rokem 1992 nebyla energetika součástí volného trhu vytvářeného ES – Evropská komise zahájila liberalizační návrhy až v průběhu devadesátých let) je snahou Evropských společenství/Evropské unie prosazovat principy tržního prostředí v elektroenergetice s cílem rozčlenit vertikálně integrované, většinou národní energetické monopoly (zahrnující výrobu, přenos, distribuci a obchod) na samostatné jednotky. Výrobci a obchodníci si tak vzájemně konkurují a jsou nuceni k vyšší efektivnosti a k tržnímu způsobu chování. Nicméně až do roku 1996, kdy byla vydána první liberalizační směrnice o elektřině (novelizovaná v roce 2003), byl energetický trh v členských státech EU charakterizován jako vertikální a horizontální státem vlastněný monopol, kde nebyla možnost konkurence na žádné úrovni.

 

V důsledku liberalizačních snah však prudce roste počet požadavků na obchodní přeshraniční toky i jejich kolísavost (volatilita), a provozovatelé přenosových sítí proto musí přijímat opatření pro to, aby udrželi bezpečnost a spolehlivost systému. V mnoha případech nemohou být požadavky obchodníků uspokojeny kvůli „úzkým hrdlům“ v propojené soustavě. To jsou technická omezení na určitých profilech, která jsou výsledkem historického vývoje přenosových soustav. Tato „úzká hrdla“ zůstávají navzdory trvalé kritice unijních institucí překážkou vytyčeného cíle – jednotného energetického trhu.

 

Masivní nárůst kapacit ve větrných parcích – možné ohrožení bezpečnosti provozu soustav

Dalším fenoménem posledních několika let, který má přímou souvislost s rostoucím a otevřeně politicky deklarovaným environmentalismem Evropské unie (tzv. klimaticko-energetickým legislativním balíčkem EU), je masivní podpora výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů. V evropských podmínkách jde především o překotný nárůst instalovaných kapacit větrných zdrojů, které jsou logicky koncentrovány v lokalitách s největším přírodním větrným potenciálem (větrné farmy se nacházejí zejména v pobřežní části Německa). Jejich výroba však vlivem povětrnostních podmínek kolísá. Tím vzniká potřeba udržovat výkonové zálohy a dochází i k intenzivním přetokům mezi jednotlivými soustavami – kruhovým tokům, jež v určitých případech mohou přetížit vedení i v oblastech vzdálených od větrných zdrojů stovky kilometrů. Četnost kritických situací v přenosové soustavě České republiky vyvolaných nárůstem výroby v severoněmeckých větrných parcích se za poslední rok zvýšila, a to i v souvislosti s poklesem výroby elektřiny v České republice. Výrazný exportní tok totiž donedávna „přetlačil“ přetoky ze severního Německa na jihovýchod Evropy.

 

 

Nutnost zachovat bezpečnost a spolehlivost dodávek elektřiny i do budoucna

Elektřina je komoditou, bez níž by se chod moderní společnosti zastavil. Jak tedy adekvátně reagovat na výše popsaný vývoj posledních let, aby dosažená úroveň provozu zůstala zachována a aby byla zajištěna spolehlivá dodávka elektřiny všem konečným spotřebitelům?

 

Nová výstavba, popřípadě rekonstrukce nynějších „elektroenergetických dálnic“, tedy vedení velmi vysokých napětí, je nejen nákladná, ale v mnoha případech i problematická z hlediska vlastníků pozemků a přístupu regionálních a municipálních autorit. Veřejnost obecně většinou není nakloněna zásahům do přirozeného krajinného rázu. Hlavní překážkou budování nových vedení v celé Evropě jsou proto jak administrativnětechnicky zdlouhavé povolovací procesy, tak složitá jednání s vlastníky pozemků. To prodlužuje reálnou dobu přípravy výstavby na zhruba 10 až 15 let. Legislativně je nutno tento proces lépe dopracovat jak na národních úrovních, tak v rámci komunitárního práva, kde by bylo účelné iniciovat příslušný evropský předpis.

Spolupráce mezi provozovateli přenosových soustav v rámci UCTE je nyní právně zabezpečena existencí mnohostranné smlouvy, která zavazuje své signatáře k dodržování všech technických a provozních pravidel. Ukazuje se však, že bude nutno centralizovat informační bázi jednotlivých národních dispečinků jak v reálném čase a nepřetržitě, tak ve fázi příprav provozu. Reálný nárůst větrných zdrojů i další očekávaná expanze obchodních aktivit mohou v budoucnu vést k potřebě centrální koordinace dispečerského řízení jednotlivých provozovatelů s cílem zabránit poruchám a výpadkům, které mohou vést až k přerušení dodávky elektřiny v celých regionech kontinentální synchronní zóny s vážnými ekonomickými, sociálními i politickými důsledky.