Uhelné elektrárny jsou pro soustavu těžkými náklaďáky, obnovitelné zdroje plastovými autíčky, říká vědec z ČVUT

Tuzemským uhelným elektrárnám zvoní hrana, což pro zdejší elektrizační soustavu znamená problém k řešení. Bez konvenčních elektráren vznikají potíže s řízením napětí nebo s obnovováním soustavy po blackoutu, vysvětluje Zdeněk Müller z ČVUT v Praze.

Provozovatel tuzemské přenosové soustavy ČEPS před pár dny rozhodl o budoucnosti tří významných uhelných zdrojů. Elektrárna Počerady a teplárna Kladno mohou zavřít. Naproti tomu v uhelné elektrárně Chvaletice mají zůstat v provozu dva bloky ze čtyř. Podle Zdeňka Müllera, který je vedoucím katedry elektroenergetiky na Fakultě elektrotechnické ČVUT v Praze, ale nakonec ještě všechno může dopadnout jinak.

„Konvenční uhelná či plynová elektrárna je jako těžký náklaďák – jen tak něco je na silnici nerozhodí. Kdežto fotovoltaické zdroje a větrné elektrárny jsou v tomto případě jako plastová autíčka,“ popisuje vedoucí katedry elektroenergetiky na Fakultě elektrotechnické ČVUT v Praze Zdeněk Müller.

Zachovat část Chvaletic je podle ČEPS potřeba kvůli takzvanému jalovému výkonu, řízení napětí v síti a případnému obnovování soustavy po blackoutu. Müller v rozhovoru s Ekonews vysvětluje, co to znamená.

„Starší fotovoltaiky řízení nezvládají“

Co to je jalový výkon?

Ve střídavé síti máme minimálně dva typy výkonu. Činný výkon pracuje. Je to ten, za který platíte, když odebíráte doma energii. Ten, který hýbe tramvajemi a vyrábí teplo. Potom máme výkon jalový, který si lze představit jako mazadlo v přenosové síti, které tam musíme mít, ale které nevykonává žádnou práci. A toho mazadla nesmí být ani moc, ani málo, musí být v rovnováze.

Odkud se jalový výkon bere?

Jalový výkon vzniká například na kabelových vedeních. To znamená, že třeba Praha je obrovský zdroj jalového výkonu, protože je celá kabelová. Stejně tak elektrárny mohou být zdrojem jalového výkonu, a navíc ho dokážou regulovat. Konvenční elektrárny mají velkou výhodu, že umějí jalový výkon jak spotřebovávat, tak vyrábět, a to kdykoliv je potřeba. Čili jsou zdrojem jakési rovnováhy.

A co obnovitelné zdroje, jak to funguje u nich?

Moderní větrné elektrárny také mohou být zdrojem jalového výkonu a zároveň spotřebičem, ale pouze v okamžiku, když jsou v chodu. Totéž platí pro moderní fotovoltaiky. Fotovoltaika umí jalovinu vyrábět i spotřebovávat, jenže jen za předpokladu, že má dostatečně velký činný výkon. Pokud má fotovoltaická elektrárna výkon skoro nulový, když je pod mrakem nebo noc, tak je pro regulaci výkonu nepoužitelná.

K čemu jalový výkon je?

Jalový výkon je v síti z fyzikální podstaty potřeba, a to nejen k vytváření rovnováhy, ale rovněž k řízení chodu sítě. Když si představíte energetickou síť tak, že by ji netvořily vodiče, ale třeba potrubí naplněné tlakovou vodou, tak jalový výkon zvyšuje tlak. Čím víc zvyšujete v nějakém uzlu tlak, tím víc se z toho uzlu energie šíří do ostatních uzlů. Injekcí jalového výkonu zvyšuji napětí, a tím způsobuji, že energie proudí do daného místa nebo odchází z daného uzlu pryč.

V nedávném rozhovoru pro Seznam Zprávy předseda ČEPS Michael Durčák naznačoval, že jeden blok Chvaletic bude nasazen převážně v létě, respektive „od dubna do září“, a to kvůli potřebě eliminace jalového výkonu a udržování napětí v síti. Chápu to tedy správně tak, že v létě je jalového výkonu v síti přemíra?

Neřekl bych, že jalového výkonu je obecně přemíra. Problém je v proměnlivosti této situace – energetická soustava je velmi dynamický systém. V létě běží poměrně málo řiditelných zdrojů a kromě toho je přenosová soustava velmi odlehčená. Soustavu pak těžko uřídíte v okamžiku, kdy nastane jakákoliv porucha či nestabilita. Pro stabilitu je nutný dostatek i takzvaného zkratového výkonu. A to je právě o tom, jak moc je ten zdroj silný a stabilní.

Takže uhelná elektrárna to spíš ustojí než fotovoltaika?

Konvenční uhelná či plynová elektrárna je jako těžký náklaďák – jen tak něco ho za jízdy nerozhodí. Kdežto fotovoltaické zdroje a větrné elektrárny jsou jako plastová autíčka. Když nákladnímu autu vstoupí do cesty překážka nebo nerovnost vozovky, náklaďák projede dál a vůbec nic se neděje. Systém složený pouze z lehkých autíček může snadněji zkolabovat.

Není to tedy tak, že by kvůli fotovoltaickým elektrárnám byla v síti přemíra jalového výkonu?

Samotnými fotovoltaikami to není, spíše tím, kde jsou umístěné. Moderní fotovoltaické elektrárny mají řízení jalového výkonu. Pokud mluvíme o solárech uvedených do provozu v posledních sedmi, osmi letech, tak to vůbec neudělá žádný problém v soustavě. Ale máme tady i starší fotovoltaické zdroje z doby, kdy se masově uváděly do provozu. A ty to řízení úplně správně nezvládají, protože když se zaváděly, tak to po nich nebylo vyžadováno. Při převaze výroby z fotovoltaik, které jsou připojeny do distribuční sítě, dochází logicky k odlehčení přenosové soustavy. A tedy mimo jiné ke změně potřeby jalového výkonu.

„Když nebude svítit, blackstart neuděláte“

ČEPS navrhuje, aby se jeden blok chvaletické uhelné elektrárny přestavěl na synchronní kompenzátor. Co to vlastně je?

Synchronní kompenzátor si můžete představit jako generátor, který se točí. Je to zařízení, které výkonnostně odpovídá generátoru v elektrárně, ale neumí dodávat činný výkon, umí dodávat jen ten jalový a umí ho i pohlcovat. Je to tedy řídicí prvek, který umí jalovou energii jak dodávat, tak odebírat podle toho, jak je potřeba.

Nakolik bude těžké udělat z jednoho bloku synchronní kompenzátor?

Velmi pravděpodobně značná část technologie zůstane původní, nebo může zůstat původní – elektrická výzbroj, transformátory, vypínače, dost možná i samotný generátor. Určitě bude zlikvidována turbína, která již není součástí nové technologie. Klíčové je samozřejmě nastavení obchodního modelu, tedy jakým způsobem se bude financovat provoz toho zařízení. Řízení jalového výkonu je v řadě situací jakýsi povinný „vedlejší produkt“, tady se stane produktem hlavním.

ČEPS ve svých závěrech také uvádí, že je potřeba ponechat v provozu půlku uhelné elektrárny Chvaletice pro to, aby bylo možné znovu obnovit soustavu po případném blackoutu…

Ona to elektrárna Chvaletice ve skutečnosti sama o sobě neumí. Právě naopak, podle zprávy ČEPS ji podává napětí blackstartový zdroj – přečerpávací vodní elektrárna Dlouhé Stráně. A Chvaletice pak podají napětí dalším zdrojům. Tento „tandemový“ blackstart je reálně odzkoušený a funkční.

Dokážou ze tmy startovat i fotovoltaické elektrárny?

To je problematické, protože když nebude svítit, tak žádný blackstart neuděláte. Při blackstartu potřebujete dostatečné množství energie a potřebujete ho mít spolehlivě. Proto se za tímto účelem využívají třeba vodní elektrárny Vltavské kaskády. U jaderné elektrárny se používají dieselgenerátory v kombinaci s dalšími zdroji, které mají u sebe.

Daly by se pro startování ze tmy využít bioplynové stanice?

Dva klíčové body, které ČEPS musel řešit, jsou lokalizace a výkon. Protože elektrárny, které umějí startovat ze tmy nebo dodávat jalový výkon, potřebujete mít ve správný okamžik na správném místě. Když naši předkové soustavu stavěli, množství elektráren vybudovali v oblasti Mostecka, kde jsou zdroje uhlí. Tehdy to dávalo logiku. Ale nám se tím pádem stalo, že máme velkou koncentraci uhelných elektráren na Mostecku.

Jaderné elektrárny se nakonec podařilo postavit jenom dvě – v jižních Čechách a na jižní Moravě. U zbytku republiky je to poměrně slabší. Chybějí nám tam možnosti jak dodávky činného výkonu, tak řízení napětí. I proto se ČEPS zřejmě rozhodl pro zachování části Chvaletic.

A kdyby byla bioplynová stanice někde, kde těch konvenčních elektráren není mnoho, dokázala by startovat ze tmy?

Teoreticky ano, pokud by byla dostatečně velká. Jenže bioplynová stanice má tak malinký výkon, že pro soustavu je v zásadě neviditelná. Dosud jsme si povídali o zdrojích, které mají stovky megawattů, bioplynka má obvykle tisíckrát méně a navíc je připojená do sítě distributora nebo na ostrovní provoz. Je to dobrá věc z pohledu ekologie a uhlíkové stopy, ale pro obnovu soustavy je to nepoužitelné, protože by jich bylo potřeba mít ideálně tisíc na jednom místě.

A nedá se postavit velká bioplynová stanice?

V našich podmínkách velmi obtížně. Součástí bioplynky je velká nádoba, ve které se rozkládá biologický materiál se všemi vedlejšími průvodními jevy. Problematické je, že to zařízení je i na ten malý výkon relativně velké. Kdybyste chtěla postavit velký výkon, tak jednak byste musela řešit náročnou logistiku, skupovat od zemědělců bioodpad, svážet jej na jedno místo. A to zařízení by bylo asi poměrně velké. Logistika by byla pravděpodobně energeticky náročnější než přínos takového zařízení. Kouzlo bioplynových stanic je ve zpracování na místě.

Ale jinak jsou klasické bioplynky pro soustavu naprosto skvělé, protože jejich výroba nezávisí na počasí. Výroba se neřídí podle toho, jak svítí sluníčko, ale podle toho, jak to doopravdy potřebujete. Navíc bioplyn můžete takzvaně vtlačit do plynovodu a může se následně spálit kdykoliv dohromady se zemním plynem.

„Odstavování uhelné elektrárny není problém“

Uhelná elektrárna Počerady s největší pravděpodobností končí. Jak se zavírá taková uhelná elektrárna?

Chtěl bych předem říct, že pro elektrizační soustavu je odstavení každého takového stabilního zdroje škoda, protože snižuje stabilitu, byť to v tomto případě není pro soustavu ohrožení. Odstavování uhelné elektrárny není zase až takový problém, na rozdíl třeba od jaderné elektrárny. Záleží na tom, zda máte v plánu elektrárnu jen zakonzervovat, tedy za čas znovu zvážit, zdali možná to rozhodnutí nebylo dobré, a příští rok to zkusíte spustit znovu. To je úplně jiná hra, než když se rozhodnete, že elektrárnu odstavíte navždycky.

Pokud elektrárnu konzervujete, musíte zařízení udržovat, aby bylo spustitelné, musíte je chránit před nenechavci, musíte udržovat veškerý personál pro elektrárnu, udržovat platné revize, tlakové zkoušky, provádět pravidelné testy. Není to řetězec s rychlým občerstvením – ve chvíli, kdy odborníci elektrárnu opustí, najdou si jinou práci a zpátky je nikdy nedostanete.

A když pracujete s tím, že se elektrárna odstavuje navždycky?

Když víte, že je odstavení navždycky, musíte řešit demontáž a dekontaminaci. Likvidace kontaminovaných ploch je dlouhodobá záležitost, vzpomeňte si na známá popílková jezírka. A potom jde o velkou část technologií, která obsahuje kovy, nebo dokonce cenné kovy, které se dají následně ještě zpracovávat. Takže odstavení elektrárny a její likvidace zabere značný čas. V Česku s tím ale zkušenosti máme.

Co se tedy teď podle vás bude dít?

To je z velké části ekonomická a politická otázka. Energetická situace není jednoduchá a v podstatě teď všichni hrajeme nějakou formu celoevropské šachové partie. Na stole máme řešení pro přenosovou soustavu, část řešení pro další části energetického odvětví bude nutné ještě hledat.

Máte tím na myslí teplárnu Kladno, kde je problém v tom, že zásobuje teplem celé město a není za ni aktuálně žádná náhrada? Myslíte si, že nakonec teplárna zůstane v provozu?

Jednání stále ještě probíhají. Teplárna Kladno patří k nejmodernějším a nejekologičtějším. Je třeba také připomenout klíčovou vlastnost teplárenského provozu – prakticky nelze dodávat teplo bez dodávky elektrické energie do soustavy. Pokud bychom se na věc dívali čistě z pohledu emisí, tak by bylo logické nechat v provozu i Kladno. Z hlediska ČEPS je nejdůležitější mít stabilní a řiditelnou soustavu. Pro teplárenskou soustavu v Kladně je klíčové mít dostatek tepla. A toto řešení je třeba hledat.