Kombi-elektrárny aneb vítr, slunce a bioplyn v synergii

Kritikové otevřeně konstatují, že země nebude mít dostatek elektřiny a že bude muset potřeby vlastní energie řešit vyšším dovozem energetických zdrojů anebo již vyrobené elektřiny ze zahraničí.

Rozbory situace ve využívání energetických zdrojů a na energetickém trhu nejen v SRN, ale v celé Evropě se zabývá už déle než dvě desítky let Fraunhoferův ústav pro větrnou energii a energetické systémy (IWES) v Kasselu. Ten se zaměřuje na prosazování a využívání alternativních zdrojů energie, ale nikoliv jenom větrné.

IWES se zpočátku zabýval výlučně či převážně energií, kterou lze získat z větru (odtud také jeho název), a poznatků se mu podařilo získat více než hodně, protože větrné farmy začaly hlavně v rovinaté severní části Německa se silnými vzdušnými proudy v 80. letech vyrůstat jako houby po dešti. Během dlouhodobého sledování se odborníkům v ústavu podařilo zjistit, že existuje nepřímá úměra mezi silou větru a intenzitou slunečního záření (byť tato úměra neplatí úplně ze 100 %): když vane silný vítr, bývá slabší sluneční záření, a vice versa. V prvním případě tedy větrné farmy produkují většinu proudu a zařízení zachycující sluneční záření jej produkují méně, ve druhém případě je tomu naopak. Nicméně v obou případech dochází k výrobě proudu z obou dvou obnovitelných zdrojů.

Kombi-elektrárny

Kombinované užití těchto zdrojů, k nimž odborníci z ústavu připojují i bioplyn, je princip kombinované elektrárny, jenž prosazují a kterému se dnes, v době jaderného útlumu v SRN, dostává více sluchu a pozornosti než dříve. Provoz takové elektrárny se řídí podle dat, která management dostane od meteorologických a klimatických služeb, jež sledují intenzitu větrného proudění a slunečního svitu a dokážou je s poměrně vysokou pravděpodobností i předvídat, přinejmenším na několik dnů dopředu.

Pokud výkon kombi-elektrárny dosahovaný ze zdrojů větrných farem a slunečních kolektorů nestačí, je doplňován elektřinou vyráběnou v téže elektrárně ze zmíněného bioplynu, jehož se v průmyslové zemi, jako je Německo, produkuje stále dostatek jakožto vedlejšího produktu v průmyslu a v komunálním hospodářství či v zemědělství.

Přečerpávací kapacity? Spíše výjimečně

Pokud by ani takovýto výkon z kombinovaných tří obnovitelných zdrojů k pokrytí potřeby proudu nestačil, počítají odborníci z ústavu s výpomocí, kterou by poskytly přečerpávací elektrárny, tedy se způsobem víceméně klasickým. Tyto kapacity by také sloužily jako zásobníky pro případ, že by se proudu v kombi-elektrárnách případně vyrobilo více, než jaká by byla její momentální potřeba.

K tomu je však zapotřebí dodat, že zatímco provoz kombi-elektrárny si již delší dobu ústav ověřuje, v případě zapojení přečerpávací elektrárny šlo dosud jen o počítačovou simulaci.

Zapojení přečerpávacích elektráren považuje ostatně IWES za spíše výjimečné, vzhledem k tomu, že na území SRN není mnoho míst, kde by takové kapacity mohly být zřízeny. Přečerpávací elektrárny se dají postavit v terénech se spíše většími než menšími výškovými rozdíly, protože voda se v nich potrubím táhne nahoru a pak se spouští dolů, přičemž vyrábí proud. Takových terénů je však ve střední Evropě, na rozdíl např. od Švédska či Norska, málo.

Žádoucí je účast státu

Do ověřovacího projektu na území SRN jsou zapojeny tři větrné farmy, 26 fotovoltaických zařízení a čtyři zařízení dodávající bioplyn. Jedná se samozřejmě o objekty na různých místech státu, a proto je nutná koordinace z jednoho místa. Z toho jsou dávány informace o očekávané síle větru a slunečním záření, a také požadavky, kolik proudu se z toho kterého dílčího zařízení ve sledovaném časové úseku očekává.

Má-li dojít k výstavbě či rozšíření sítě kombi-elektráren, bude podle názoru odborníků v IWES zapotřebí, aby se do věci svými investicemi či daňovými úlevami zapojil stát. Pokud se má budoucí potřeba a spotřeba proudu v zemi řešit globálně, nestačí k tomu, aby proud vyráběly ve větrných farmách izolovaně energetické společnosti anebo malé firmy či domácnosti pomocí slunečních kolektorů umístěných na střechách hal anebo domků.

Také řízení a koordinace v síti kombi-elektráren, jež dříve nebo později vzniknou, budou muset být globální, jednotné. Ostatně koordinace co do množství vyráběného a do sítě dodávaného proudu existovala mezi dnešními tepelnými elektrárnami (mezi nimi a dosud fungujícími jadernými elektrárnami) vždy, a taková koordinace bude muset existovat i v síti kombi-elektráren.

Evropský rámec

Jako potřebné a užitečné spatřují odborníci v IWES i sesíťování kombi-elektráren v mezistátním měřítku, které umožní, aby se eventuální nedostatek proudu v jedné evropské zemi řešil dodávkou odjinud, stejně jako by se přebytečný proud odvedl na místo, kde je ho momentálně nedostatek. Ústav působí v rámci EU v grémiu, které se těmito otázkami zabývá. Na jeho půdě se řeší v zásadě tři druhy problémů. První je ten, aby síť kombi-elektráren byla natolik rozvětvená, spolehlivá a silná, aby dokázala postupně nahrazovat výrobu proudu klasickými (a jadernými) elektrárnami. Druhým problémem je evropský trh energií, který dosud de facto neexistuje. Například dosud není patřičně vyřešena např. situace, kdy určitá země má elektřiny nadbytek a jiná nedostatek, ale z důvodů ekonomických či finančních k převodu elektřiny nedojde. Třetím problémem je technická infrastruktura: musí být vytvořena, resp. posílena síť rozvádějící proud z kombi-elektráren ke spotřebitelům.

Nejde tu o stavění sítí za každou cenu. Za odstrašující příklad je možné považovat propojení větrných elektráren postavených v pobřežním šelfu v Severním moři s pevninou. Tam byl od každého stožáru s lopatkami veden na pobřeží podmořský kabel, přičemž však lopatky pracovaly jen 3-3,5 tisíce hodin za rok. Kabeláž byla tedy zbytečně početná a po velkou část roku přitom nevyužívaná.

Vhodnějším řešením nejen pro šelfové větrné farmy, ale i pro větrné farmy na souši je sesíťování, integrace kabeláže. Podobným problémem je také vybudování přenosových sítí (na souši) na delší vzdálenosti. V tomto směru je v SRN co dohánět i v případě, že by se koncepce kombi-elektráren neprosadila, což však je nepravděpodobné.

IWES podporuje síť typu Overlay. To znamená, že v budoucnu by se proud nepřeváděl dálkovým vedením o napětí 380 kilovoltů jako dosud, nýbrž vedením o vyšším napětí. Díky vysokonapěťovému stejnosměrnému přenosu proudu se totiž oproti vedením s dosavadním napětím při přenosu podstatně snižují ztráty proudu. Nejedná se tu o zcela novou myšlenku, nýbrž o využití nápadu, který už se uplatnil jinde, například v Číně v současné době realizují dálková elektrická vedení pro stejnosměrný proud o napětí 800 kilovoltů.