Ohrozí větrná energie bezpečnost přenosových soustav?

Asi 55 % české spotřeby energie pokrývá zemní plyn a ropa – fosilní paliva, jejichž ceny jsou dlouhodobě nestabilní. Cílem Evropské unie je nejen snížit emise CO₂, ale i závislost na vnějších zdrojích. Jedním z řešení je širší využívání přírodních zdrojů. Po solárních elektrárnách představují větrné parky další výzvu pro investory i pro provozovatele sítí.

Větrné elektrárny rychle přibývají

Podle údajů Evropské asociace pro větrnou energii EWEA (European Wind Energy Association) je v celé Evropě instalováno přes 60 tisíc větrných turbín. Největší počet jich je v Dánsku, Německu, Nizozemsku a ve Španělsku; na opačném konci (s nejmenším počtem „větrníků“) jsou Slovensko, Slovinsko, Malta a Kypr.

Větrné elektrárny se v E vropě instalovaly nejprve postupně, nyní přibývají velmi rychle. V období 1995–2005 se souhrnný instalovaný výkon větrných elektráren (VtE) v EU zvyšoval průměrně o 32 % ročně. Ke konci r. 2009 už bylo v evropské „sedmadvacítce“ dle údajů EWEA souhrnně instalováno 74 767 MW ve větrné energii, v celé Evropě to bylo 76 152 MW. Jen r. 2009 přibylo v E vropské unii 10 163 MW nových kapacit VtE, přičemž největší nárůst byl ve Španělsku, Německu, Francii, Itálii a V elké Británii. Experti EWEA očekávají, že do r. 2020 bude v E vropě instalováno ve VtE 230 GW, a tato výroba pokryje 14–17 % poptávky po elektrické energii v EU . V roce 2030 by podle odhadů mohlo být v EU k dispozici 400 GW pro 26–35 % celkové poptávky po elektřině. Jednou ze zemí s nejvyšším instalovaným výkonem větrných elektráren je Německo (nárůst z 56 MW v r. 1990 na dnešních asi 26 000 MW).

Tyto výhledy jsou inspirativní, avšak podívejme se na problém z druhé strany. Větrné elektrárny jsou – stejně jako 1. Souhrnný instalovaný výkon VtE v jednotlivých zemích v období 2005–2009. fotovoltaické – intermitentní zdroje, tedy zdroje s přerušovanou výrobou, která je závislá na počasí. Když svítí slunce nebo fouká vítr, vyrábějí (čili dodávají do sítě) ve velkém, za nepříznivých podmínek zase nevyrábějí vůbec. Průběh výroby je navíc značně nestabilní. V elektrizační soustavě musí být v každém okamžiku suma spotřeby přesně krytá výrobou, jinak dojde k odchylkám nominální frekvence 50 Hz, poklesu kvality elektřiny a poruchám v zásobování. Zdroje s přerušovanou a těžko predikovatelnou výrobou, jako jsou větrné elektrárny, musejí být zálohovány kapacitami konvenčních elektráren, aby nedocházelo k přerušením dodávek elektřiny spotřebitelům.

Fyzikální toky nemusejí sledovat obchodní cesty

Přenosové soustavy na evropském kontinentě jsou navzájem synchronně propojeny a tvoří jeden fyzikální celek od Portugalska po Polsko a z Dánska do Řecka. Toto propojení umožňuje na jedné straně obchody s elektřinou a vzájemnou solidární výpomoc mezi jednotlivými provozovateli přenosových soustav, na straně druhé dochází v takovém systému také ke sdílení problémů v podobě systémových poruch či nestability. A sjednané obchody s elektřinou mezi dvěma zeměmi vyvolávají fyzikální toky výkonů, které zdaleka nenásledují obchodní cesty takových tržních transakcí. Tyto toky sledují cestu nejmenšího „odporu“ v síti, takže například export elektřiny ze severovýchodního Německa do Rakouska zčásti prochází přes Polsko a Č esko, protože tato „elektrická cesta“ klade menší odpor nežli přímé, ale kapacitně nedostatečné propojení Německa a Rakouska. Takto jsou zatěžována, a mohou být i přetížena, přenosová vedení sousedících zemí. Poslední takový případ nastal vloni v listopadu, kdy namísto sjednaného exportu ve výši 130 MW do Německa k nám z něj fyzicky přitékalo až 1300 MW.

Obdobné situace se v posledních letech opakují každoročně zhruba v polovině listopadu a činí problémy i přenosovým soustavám v P olsku, Rakousku, Slovinsku, Nizozemsku, Belgii, Švýcarsku a dalších zemích. Společnost ČEPS proto začala spolupracovat se středoevropskými provozovateli přenosových soustav na projektu TSC (www.tsosecurity-cooperation.eu), který má zajistit koordinované systémové řešení těchto nepříznivých provozních situací. Jeho členové již v současné době využívají operativního monitorovacího a varovného systému RAAS (Real-time Awareness & Alarming System), který byl spuštěn v červenci 2009.

Využití větrné energie má „zelenou“

Je zřejmé, že větrná energie hraje, a zřejmě bude hrát i nadále, stěžejní roli v plnění cílů nové energetické politiky Evropské unie (například iniciativa 20-20-20). Ta si uvědomuje obrovský potenciál větrné energie zvláště na moři, který se stane pro mnohé členské státy nástrojem pro splnění cílů, a uvádí: …je pravděpodobné, že do roku 2020 bude využitý potenciál větrné energie na moři zhruba 30–40× vyšší, než je současná instalovaná kapacita (1,1 GW instalovaných v příbřežních elektrárnách na moři z celkových 56,5 GW instalovaných ve VtE v EU r. 2007). Masivní finanční podpora celkových projektů VtE, včetně projektů na moři, která jen z evropských fondů politiky soudržnosti v letech 2007–2013 bude v členských státech podporována částkou přes 700 milionů eur, není doprovázena adekvátním rozvojem stávající a výstavbou nové přenosové infrastruktury. Provozovatelé přenosových soustav se při výstavbě nového vedení i nadále potýkají s řadou překážek (zdlouhavé povolovací procesy, odpor veřejnosti proti výstavbě atd.) a nedostatečnou podporou unie (finanční i politické).

Právě Německo bylo díky tomu, že má vhodné klimatické podmínky, Evropskou unií vybráno jako vhodná lokalita pro rozvoj větrných elektráren, a to jak pozemních, tak příbřežních. Odhaduje se, že z předpokládaného instalovaného výkonu větrných elektráren v roce 2015 v E vropě (až 139 GW) by největší koncentrace nových zdrojů mohla být v N ěmecku (a Španělsku), přičemž v případě Německa se očekává do r. 2030 minimálně zdvojnásobení stávajícího počtu větrných elektráren na moři. Vzhledem k deklarované podpoře nových příbřežních větrných parků v Severním a Baltském moři bude tento trend do r. 2020 pokračovat. Německo bude i z tohoto důvodu zahrnuto do prioritních opatření v oblasti infrastruktury, kde se počítá s vytvořením Severomořské příbřežní sítě, která by měla být budována pro optimální vzájemné propojení vnitrostátní sítě západní Evropy s novými plánovanými projekty mořských větrných elektráren.

Ohrožení přenosových soustav je reálné

Vliv masivního rozvoje větrných elektráren na bezpečnost přenosových soustav v E vropě zkoumala i nedávno dokončená studie EWIS (European Wind Integration Study, www.wind-integration.eu); analyzovala rozvoj větrných zdrojů do r. 2015 a vypracovala realistický tržní model evropských sítí k tomuto datu. Modelové výpočty ukázaly na kritickou úroveň provozování přenosových soustav ve středoevropském regionu, která bude stále více ovlivňována dynamicky narůstajícími větrnými kapacitami s přerušovanou výrobou na severu Německa. Provozovatelé přenosových soustav se budou muset vyrovnat s předpokládanými nezanedbatelnými tržními transakcemi, jako je především masivní export z Německa do Rakouska.

Zpráva EWIS doporučila řadu opatření jak identifikovaným problémům čelit. I přes tato doporučení však provozovatelé přenosových soustav v regionu střední a východní Evropy přistupují k vlastním řešením, například k instalaci transformátorů s příčnou regulací, kterými sice ochrání svůj systém, za nějž jsou odpovědni, ale zároveň tím vytěsní toky výkonů ke svým sousedům. Středoevropské přenosové soustavy se v horizontu pěti let mohou ocitnout v kritickém stavu, pokud se na mezinárodní úrovni nezrealizují účinná nápravná opatření – sladění růstu větrných zdrojů s rozvojem síťových investic, přehodnocení některých investičních záměrů, harmonizace obchodních aktivit s fyzikálními možnostmi sítí, zlepšená koordinace mezi provozovateli přenosových soustav a účinná regulace výroby z větrných zdrojů v případě ohrožení bezpečnosti provozu soustav.