Přenosová soustava čelila přetokům

Přenosová soustava České republiky je opakovaně a stupňovaně zatěžována neplánovanými evropskými toky elektřiny ve směru sever – jih. Zatímco v minulých letech šlo o méně časté a relativně krátkodobé stavy, v loňském roce četnost nestandardních situací prudce vzrostla. Dispečeři společnosti ČEPS stále častěji řeší krizové situace v elektrizační soustavě, při kterých se pohybují na hranici dodržování kritéria spolehlivosti provozu.

Nejnáročnější situaci čelila přenosová soustava ČR v období mezi 25. 11. a 16. 12. 2011, a to zejména kvůli neplánovaným zvýšeným tranzitním tokům elektřiny přes naše území. V nejkritičtějších situacích se přes naši soustavu valilo až 3500 MW elektrického výkonu. Přitom obvyklá hodnota se pohybuje kolem 1000 MW.

Ke krizovým situacím v přenosové soustavě dochází obvykle vlivem souhry několika faktorů. V tomto konkrétním případě se k původní příčině, větrným parkům na severu Německa s výrazným nárazovým výkonem ve větrných dnech, přidaly ještě následující faktory:

• Odstavení osmi jaderných elektráren na severu a jihu Německa.
• Nárůst instalovaného výkonu ve fotovoltaických elektrárnách v Německu.
• Intenzivní obchodování s elektřinou zejména na spotových trzích.
• Nedostatek vody ve vodních elektrárnách na Balkáně, který zvýšil dovozy elektřiny do této oblasti.

Prudký vývoj v zatěžování přenosové soustavy ČR

Přenosová soustava byla budována v druhé polovině minulého století. Tak jak bylo třeba propojovat oblasti spotřeby a nové výrobní zdroje, vznikla nejprve síť 220 kV a poté 400 kV. Byla vybudována dobře topologicky rozvržená a dostatečně dimenzovaná soustava, která byla postupně propojena s okolními systémy (pět sousedících provozovatelů přenosových soustav), což umožňuje exportovat, importovat i tranzitovat případné přebytky výkonu do různých směrů podle situace. Například o Velikonocích 2011 se podařilo obchodníkům z ČR vyvézt až 4300 MW výkonu v hodině, a to jak díky příznivým podmínkám (vysoká výroba v klasických i obnovitelných zdrojích a při současné nízké národní spotřebě), tak díky téměř ideálnímu rozdělení těchto exportů podle fyzických možností domácí soustavy.

Naše přenosová soustava je díky propojení s okolními soustavami centrální soustavou v Evropě, proto je stále více využívána jako tranzitní soustava pro realizaci obchodů z blízkého i vzdáleného okolí. Tranzity výkonu jsou řízeny fyzikálními zákony, kdy výkon si hledá nejkratší cestu od místa přebytku výroby nad lokální spotřebou do místa konečné spotřeby, bez ohledu na hranice států. Pokud je těchto paralelních cest více, rozdělí se tranzitní výkony nepřímo úměrně elektrickému odporu cesty.

Otvírání a integrace trhů s elektrickou energií v Evropě vede k nárůstu objemů obchodů, k jejich rostoucí dynamice závislé na momentální situaci na trhu. Dopady tranzitů výkonu přes naši přenosovou soustavu jsou nesrovnatelné se zmíněným optimálním rozdělením exportů. Tranzity totiž využívají některé mezinárodní profily ve směru exportním a jiné ve směru importním, takže přenosová kapacita přirozeně klesá zhruba na polovinu. Uvnitř soustavy se tranzitní tok superponuje na většinu interních vedení, a ta více zatěžuje. Dosavadní maximum tranzitního toku nastalo během extrémní situace v prosinci loňského roku, kdy dosáhlo 3500 MW v porovnání s průměrnou hodnotou 1000 MW. Tranzit se skládal ze dvou větví – přímé trasy ze severního Německa (při přebytku výkonu v obnovitelných zdrojích) a z paralelní cesty přes Polsko na Moravu, kde se k tranzitu z Německa přidával i nemalý export polské soustavy.

Soustava je nekontrolovaně využívána

V nedávné historii jsme zaznamenali přebytky výroby ve vodních elektrárnách na Balkáně, nedostatek vody ve Skandinávii i nízkou výrobu v jaderných elektrárnách ve Francii při nedostatečném chlazení v horkých dnech. Tyto anomálie vždy musely být pokryty výrobou jiných zdrojů v okolí. Už běžný export z Francie do Itálie v řádu tisíců megawatt se částečně uzavírá přes naši přenosovou soustavu v řádu několika set megawatt.

V popisovaném období loňského roku se sešly dva extrémy. Vysoká výroba v obnovitelných zdrojích v Německu (kdy při ne zcela mimořádné výrobě ve větrných elektrárnách se přebytek doplnil latentně narůstající výrobou ve zdejších solárních elektrárnách) a nedostatek výroby na Balkáně, dlouhodobě trpícím nedostatkem vody pro dominující zdroje. Čím je větší vzdálenost přenosu, tím více paralelních cest je tranzity zatíženo.

Obchodování s elektrickou energií je dnes velmi dynamické. Obchodníci sledují výkyvy poptávky a cen v Evropě a jsou schopni realizovat obchody napříč Evropou. Obchody lze formálně uzavírat přes méně exponované směry a obcházet tak úzká místa na některých hranicích. Fyzické toky pak ale tečou přímými cestami a narůstá rozdíl mezi obchodními a fyzickými toky. Při výpočtech obchodovatelných kapacit je na tyto tzv. parazitní toky třeba držet rezervy. Čím více parazitních toků se očekává, tím větší rezerva musí na tyto toky být vyhražena, a tím méně obchodů se též v důsledku zdražení takové kapacity realizuje přímo. Hledají se levné obchodní „objížďky“, což vede k dalšímu zahlcení úzkého profilu parazitními toky.

Obdobný efekt se projevil v situaci, kdy se hledala trasa mezi místem přebytku v severozápadní Evropě a místem deficitu na jihovýchodě. Obchody si našly takovou trasu, kde není uplatňován alokační mechanismus, který v případě převisu poptávky po obchodovatelné kapacitě nad fyzickými limity generuje vysoké aukční ceny a redukuje objemy obchodované elektřiny.

Na hranici bezpečného provozování

Každý provozovatel přenosové soustavy deklaruje připravenost různorodých opatření k udržení bezpečného provozu, které je povinen mít. Jde o prostředky nazývané rekonfigurace a redispečink. V případě rekonfigurace jde v podstatě o změnu impedance jedné z paralelních cest, aby se tok výkonu přizpůsobil jejím přenosovým schopnostem. K přerozdělení výkonů dojde logicky na úkor ostatních paralelních cest, protože výsledný součet všech příspěvků musí zůstat stejný.

Redispečink typicky odlehčuje úzké místo, které se nachází mezi dvěma zdroji nebo odběry výkonu. Tranzitní tok přes tento úsek lze eliminovat opačným tokem mezi oběma zdroji. K tomu je třeba, aby jeden zdroj mohl snížit a druhý zvýšit svou výrobu. V praxi však zdroje, které jsou k dispozici, většinou vyrábějí, ty co nevyrábějí, nelze z různých důvodů operativně nasadit.

V konkrétní situaci, která nastala dne 3. 12. 2011, byla všechna opatření, která má ČEPS k dispozici, použita (rekonfigurace, redispečink) a účinky dalších opatření už se navzájem blokovaly. Přenosová soustava byla provozována na hraničních hodnotách nejen na profilu se severoněmeckým provozovatelem 50 Hertz Transmission (hlavní tranzitní tah), ale i na profilu s polským provozovatelem PSE Operator a také na profilu s rakouským provozovatelem APG. V praxi to znamenalo, že by jakékoliv další opatření snižující tok z Německa do ČR způsobilo nárůst toků přes Polsko. Jinak účinný vlastní export naší elektrizační soustavy, který by potlačil tranzit z Německa, by současně zvyšoval zatížení na profilu s Rakouskem. Také uvnitř soustavy vedlo jakékoliv opatření, odlehčující jedno vedení, k přetížení jiného. Bezpečnostní limit n–1 nebyl plněn po dobu několika hodin. Jakákoliv nahodilá porucha na některém exponovaném vedení a jeho výpadek by tak vedly k šíření poruchy. Takový provoz nelze dlouhodobě připustit a mohlo by dojít ke kaskádě výpadků přetížených vedení, což by mohlo skončit lokálním „black outem“ v západních a jižních Čechách. Dopad na zahraniční soustavy lze jen odhadovat.

Co dělat do budoucna?

Společnost ČEPS aktivně spolupracuje a jedná o tomto stavu již delší dobu na evropské, regionální i národní úrovni. Komunikuje a prosazuje koordinaci provozu evropských elektroenergetických přenosových soustav a jejich dispečerského řízení. Zároveň přijímá řadu opatření a zavádí nové nástroje, které umožňují identifikovat a předvídat kritické situace. Přesto do budoucna hrozí opakování podobných situací, a proto je nutné urychlené posilování přenosových soustav v celém regionu Evropy.