Podmořské megakabely

Drastické rozhodnutí Spolkové vlády o odstavení německých jaderných elektráren a boom větrných parků a fotovoltaických elektráren, které by je měly spolu s kogeneračními plynovými elektrárnami do roku 2020 nahradit, vneslo chaos do plánů evropské energetiky. Téměř okamžitě však posílil zastánce alespoň krátkodobého řešení situace do roku 2015 s hrozícími přebytky větrných výkonů (špičkově kolem 12 000 MW) z otevíraných a připravovaných off-shore a on-shore parků na severním pobřeží Evropy. Nejméně šedesát do dnešní doby od poválečných let realizovaných podmořských kabelových přenosů inspirovalo průbojné energetické společnosti k myšlence propojit pod mořem západoevropské sítě UCTE se skandinávskou elektrizační soustavou Nordel, zejména s norskými vodními akumulačními a přečerpávacími elektrárnami. Norsko získává přes 90 % elektrické spotřeby z vodních elektráren a ekologicky "čistý" proud je tam o třetinu levnější než v EU. Pro mimořádně účinné přečerpávací elektrárny, vyžadující vysoké horské spády mezi vrcholovou a údolní nádrží, totiž ani výhledově nemá ani Německo (tím spíše Nizozemsko) potřebné geografické podmínky.

Úspěšný pilotní projekt NorNed

Dne 11. září 2008 mohla nizozemská královna po slavnostním ceremoniálu uvést do provozu 580 km dlouhou kabelovou linku HVDC s napětím -450 kV, propojující konverzní stanici nizozemské rozvodné sítě TenneT v Eemshavenu s pobřežní stanicí horské sítě Statnettu u městečka Feda. Bipolární kabel s hmotností 85 kg/m, rozvětvený v délce 300 km do souběžného páru monopolárních kabelů s hmotností jen 37 kg/m, ukládala kabelokladecí loď zčásti v mělkých vodách do hloubky 50 m, dvě třetiny byly položeny do hloubek až 400 m, do uměle vypluhované jeden až tři metry hluboké rýhy. Kabel byl pokryt zásypem a v blízkosti pobřeží je linka před poškozením lodními kotvami chráněna poklopem z betonových panelů. V současné době tato zatím nejdelší bipolární kabelová podmořská linka na světě přenáší výkon až 700 MW a testování ukázalo, že přenos probíhá se skvělou účinností 96,3 %. Pozoruhodný je i ekonomický úspěch: po prvním čtyřměsíčním provozu se investorům z investice 600 milionů eur vrátila j edna osmina (12,5 %) rozdílem cen elektřiny ve špičkách nabídky a odběru.

Přednosti stejnosměrných přenosů

Propojit výkonné vysokonapěťové střídavé elektrické sítě mezi velkými územími naráží na technické problémy zejména co do udržení fáze i kmitočtu podle měnících se zatížení. Stejnosměrné přenosy vysokým napětím je dokáží eliminovat. Stejnosměrné vedení s moderními měnicími (konvertorovými) stanicemi na koncích umožní mnohem stabilnější propojení i nejrozlehlejších trojfázových sítí. Při přenosu výkonu z jedné soustavy do druhé jedna konvertorová stanice pracuje jako usměrňovač - druhá jako střídač, který pomocí tyristorové technologie a spínačů IGBT přizpůsobí parametry proudu druhé střídavé soustavě. To funguje nejen jednosměrně - ale při vzájemném vyrovnávání spotřeby v obou sítích i oboustranně. V mnoha případech to energetika používá jako krátký propojovací "energetický most". Tím, že stejnosměrný přenos vystačí jen s dvěma, nebo i jen jedním vodičem v případě využití vodivosti země či vody, je při velkých výkonech oproti trojfázové soustavě, vyžadující tři vodiče, výhodnější, a to i na dálkové přenosy až do dvou tisíců kilometrů v případě vrchního vedení se stožáry. Ještě větší výhody pak nabízí při propojení soustav podmořskými kabely. Evropa s ním začala roku 1961, kdy 64 km dlouhým dvoužilovým podmořským kabelem s přenosovým výkonem 160 MW propojila francouzskou a anglickou nadřazenou síť.

Technologie HDVC (High Voltage Direct Current), v jejichž vývoji se předhání Siemens s koncernem ABB, se pro svou efektivitu začínají celosvětově prosazovat v mezinárodním obchodu s energií. Odlehčené kratší verze si objednávají mořské větrné farmy nebo těžební plošiny na moři pro napojení na pozemní síť. Nad původně monopolárními (jednožilovými) kabely zvítězily těžší bipolární kabely, obvykle pro napětí 900 kV, které dává k dispozici plus a minus oddělený vodič s napětím +450 kV a -450 kV. Čína nejnověji staví až 2000 km dlouhé energetické magistrály s přenosovými výkony kolem 6400 MW s technologií UHVDC, která zvyšuje přenosové napětí až na -800 kV neboli na 1,6 milionu voltů!

NorGer hledá pozemní trasu

Povzbuzeno úspěchem NorNedu hodlá Norsko-švýcarské konsorcium NorGer do roku 2015 propojit 600 km dlouhým podmořským kabelem -450 kV s kapacitou 1400 MW konvertorové stanice u Tonstadu na jižním cípu Norska s dolnosaskou nadřazenou sítí 380 kV v Moorriem u města Elsfleth. Trasa probíhá v pobřežních vodách severně kolem ostrova Langeoog a Wangerooge v hloubce až 410 m, dále ústím řeky Jade a zatím diskutabilním pozemním úsekem. Kabel o průměru 11 cm s hmotností 85 kg/m bude lodí ukládán do rýhy a zasypán a i on v místě, kde by mohl být poškozen kotvami, bude chráněn betonovými deskami. Problematickou částí je pobřežní pozemní napojení provozovatele TenneT v délce 47 km na saském pobřeží od výstupního bodu v Butjadingen. Bipolární kabel požaduje ochranné pásmo nejméně 16 m. Získat potřebná povolení úřadů, ochránců přírody i místních obyvatel, obávajících se zejména hluku konverzních stanic, není jednoduché. Provozovatel proto nabízí i dvě jiné pozemní varianty. Je dna z nich hodlá rekonstruovat konverzní stanici nyní odstavené jaderné elektrárny Unterweser. Stanice nárokují stavební plochu kolem 250 000 m2 Náklady během tříleté výstavby jsou odhadnuty na 1,4 miliardy eur, počítá se s životností 40 let.

Sesterský projekt Nord.Link pod palbou ekologů

Společnost Nord.Link prosazuje zapojení nadřazené sítě Šlesvicko-Holštýnska 530 km dlouhým podmořským bipolárním kabelem s Norskem nejpozději do roku 2017, ve snaze otevřít cestu výstavbě dalších off-shore větrných elektráren. Z norské konverzní stanice Tonstad plánuje vést bipolární kabel od ABB s kapacitou až 1400 MW zatím do přesně neurčené stanice na německém pobřeží v okolí Brunsbüttelu. Projektu v hodnotě 1,4 miliardy eur stojí zatím v cestě nejen souhlas obou zemí, ale zejména protesty "zelených" a ekologů, neboť kabel povede na moři mimořádně chráněnou oblastí mělčin Wattermeere a k pozemním stanicím pak zvlášť chráněným územím Evropské unie - Natura 2000. O výhody spojení s norskou vodní energii se ale hlásí i Velká Británie. Do roku 2020 hodlá přemostit Severní moře stejnosměrným HVDC kabelem s kapacitou 1200 MW, propojujícím norský Suldal s nadřazenou sítí UK poblíže Durhamu.

Vodíková konkurence nastupuje

Odpůrci zdánlivě "zelených" projektů NorGer a Nord.Link poukazují zejména na to, že přenosový výkon 1,4 GW je ve srovnání s kapacitou německé sítě 70 GW směšný. Pokud se splní právě projednávaný nový energetický "mix" po likvidaci německých jaderných elektráren tak, aby podle jedné z variant do roku 2020 stál na zemním plynu (až 46 %) a obnovitelných energiích (s vodními elektrárnami celkem 53 %), bude podle prof. Sternera z Frauenhoferova Institutu Německo potřebovat uskladňovací kapacitu 170 TWh ročně. Tu prý ale může zajistit jen revoluční technologie uskladňování přebytků elektřiny ze špiček větrných a solárních elektráren přeměnou na decentrálně skladovatelný vodík pomocí elektrolyzérů. To samozřejmě vítá současná plynárenská lobby. Vodík, populárně označovaný jako "vodíkový vítr", rozváděný potrubní sítí do měst, by umožnil čisté vytápění i detašovanou produkci elektřiny přímo u spotřebitelů, vybavených domácími mikrokogeneračními jednotkami, o k terých jsme psali v č.11/2010.

Kostky boje o bezpečnou integraci bouřlivě přibývajících větrných parků u Severního a Baltského moře do evropských elektrizačních soustav jsou vrženy. Společnou platformou se stává v Bruselu zrozená politická iniciativa "North Seas Countries Offshore Grid Iniciative"...

AUTOR: Jan Tůma