Technologie – klíčová otázka

Rozvodná síť a skladování energie

Zatímco se energetičtí experti shodují, že německá síť se bude muset rozšířit, aby obnovitelné zdroje mohly zajištovat větší část dodávek energie, neexistuje konsensus ohledně toho, co přesně se musí udělat. Některé odhady předpokládají, že je potřeba postavit 4,5 tisíce kilometrů nových vedení, jiné uvádějí, že by stačila polovina. V současnosti německá síť sestává z 35 tisíc kilometrů vedení velmi vysokého napětí a 95 tisíc kilometrů vedení vysokého napětí – všechna byla postavena pro konvenční elektrárenství, takže počet nových vedení pro obnovitelnou energii je v tomto kontextu malý. Existuje také 510 tisíc kilometrů vedení středního napětí a asi 1,1 milionu kilometrů vedení nízkého napětí.

Přechod na obnovitelné zdroje energie bude představovat technickou výzvu, protože sluneční a větrná energie není libovolně regulovatelná, což znamená, že větrné turbíny a solární panely nemůžeme zapnout způsobem, jakým zvyšujeme produkci centrální uhelné nebo jaderné elektrárny, abychom vyrovnali poptávku po energii. Existuje však řada řešení.

Problém obecně spočívá v tom, že stejné množství elektřiny, které je potřebné v určitý okamžik, musí být v ten samý okamžik dostupné, aby se síť nezhroutila. Proto jsme tradičně uzpůsobili produkci elektřiny poptávce. V současnosti se diskutuje o několika možnostech skladování energie, od podzemního stlačeného vzduchu v přírodních jeskyních přes přečerpávací vodní elektrárny a setrvačníky až po baterie.

Co je nejdůležitější, Německo plánuje využívat zemní plyn jako přechodové palivo, které má být finálně nahrazeno trvale udržitelným bioplynem a vodíkem vyrobeným z nadbytečné větrné a sluneční energie. Sluneční a větrnou energii bychom tak mohli skladovat jako plyn (tzv. „power to gas“ neboli P2G technologie), který by se dal využít jako pohonná hmota, pro topení nebo k regulovatelné produkci elektřiny. Chytré sítě pomohou přizpůsopit poptávku po energii dostupné nabídce obnovitelné energie, což je opak toho, co děláme dnes.

Potřeba skladování energie

Evropská integrace by mohla představovat řešení, obzvláště v kontextu omezené německé kapacity přečerpávacích elektráren. Padají návrhy, aby Německo vyváželo velké množství energie například do Norska a Švýcarska, zemí s obrovským přečerpávacím potenciálem – přenosová kapacita ovšem v současnosti nedostačuje. V roce 2015 byly dokončeny plány na nové 1,4gigawattové propojení mezi Norskem a Německem. Otázkou zůstává, jestli Norsko nebo Švýcarsko (z nichž ani jedno dokonce není členem EU) svolí zaplavit další ze svých nedotčených údolí a fjordů, aby měli Němci stabilní dodávku obnovitelné elektřiny.

Většina odborníků věří, že v krátkodobém horizontu bude potřeba skladování energie v Německu minimální. Studie vytvořená v říjnu 2012 pro Světový fond na ochranu přírody zjistila, že až do roku 2030 nebude existovat významný trh s technologiemi skladování energie. Německá technologická asociace VDE neočekává velkou poptávku po skladování, dokud Německo nedosáhne čtyřicetiprocentního podílu obnovitelných zdrojů – cíle, který se pravděpodobně naplní v roce 2020. Institut Fraunhofer ISE navíc poukazuje, že potřebný objem skladování se nevztahuje pouze k podílu kolísající obnovitelné elektřiny, ale spíše ke kombinaci kolísajících obnovitelných zdrojů a neflexibilní energie v základním zatížení. Jinými slovy, potřeba skladování energie se může snížit zmenšením produkční kapacity v základním zatížení, hlavně hnědouhelných a jaderných elektáren.

Kontext rozšíření rozvodné sítě pro obnovitelné zdroje

Dříve než se blíže podíváme na možnosti, měli bychom je uvést do kontextu. Za prvé, Německo se dostalo od 3 procent obnovitelné energie na začátku 90. let k 32 procentům v roce 2016 bez větších změn v rozvodné sítí. Větrná energie, biomasa a sluneční energie jsou přece jen převážně decentralizované zdroje – alespoň v podobě, kterou jim dala německá energetická politika .

Odpůrci obnovitelných zdrojů si někdy stěžují, že kvůli obnovitelným zdrojům se musí rozšířit rozvodná síť. Jeden kritik to vyjádřil takto: „Problém větrných parků spočívá v tom, že je musíte postavit na místě, kde nepotřebujete elektřinu. Elektřina se pak musí transportovat někam jinam.“

Ve skutečnosti toto tvrzení lépe popisuje uhlí než větrnou energii. Sluneční a větrnou energii a biomasu lze rozložit napříč krajinou celkem rovnoměrně, způsobem, kterým to s konvenční energií udělat nejde. Hnědouhelné elektrárny naopak nikdy nestojí tam, kde je energie zapotřebí, ale tam, kde se těží uhlí. Dokonce i elektrárny spalující černé uhlí, se kterým se obchoduje globálně, se tradičně staví blízko zdroje uhlí, jako je tomu například v německém Porúří. Nicméně samozřejmě je mnohem jednodušší a méně nákladné přemisťovat velké množství energie přenosovou soustavou než přepravovat obrovské množství uhlí. I když se dá tvrdit, že uhelné elektrárny často leží blízko průmyslových center (jako v případě Porúří), toto tvrzení obrazně řečeno zapřahá vůz před koně. Kdybychom se vrátili 200 let v čase na začátek industrializace, zjistili bychom, že většina měst v Porúří byly malé vesnice. Uhelné elektrárny se v Porúří nepostavily kvůli průmyslu – spíše se tam průmysl rozvinul, protože oblast oplývala zdroji uhlí.

Kromě toho, zatímco jaderné elektrárny stojí více méně tam, kde je energie potřeba, a ne kde se těží uran, všechny centrální elektrárny jsou tak obrovské, že se kvůli nim vždy rozšiřuje síť. V 60. a 70. letech nové jaderné elektrárny v Německu nejen vyžadovaly, aby se rozšířila síť, ale vedly také k instalaci velkého množství elektrických systémů vytápění, které v noci vyráběly z elektřiny teplo, aby se produkce jaderných elektráren nemusela každý den snižovat. Decentralizované dodávky obnovitelné energie představují přístup s mnohem menším dopadem na životní prostředí. Hermann Scheer, zesnulý německý odborník na obnovitelné zdroje, jednou srovnal decentralizovanou dodávku energie s naším konvenčním centralizovaným systémem – ten se podle Scheera podobá „krájení másla motorovou pilou“.

Rozšíření rozvodné sítě

Ohledně nutnosti rozšířit síť, aby se připojilo více obnovitelných zdrojů, existuje konsensus, méně shody panuje nad množstvím detailů, například kolik vedení je potřeba přidat, kdy je připojit a jaký druh vedení použít. Sektor obnovitelných zdrojů má navíc zájem na tom, aby byl energetický přechod cenově dostupný, a přišel proto s řadou levných alternativ k rozsáhlému rozšíření sítě. Lidé nechtějí bydlet blízko elektrického vedení, takže pro plánování jsou nutné veřejné konzultace – a to vyžaduje větší transparentnost.

Současná německá síť je rozdělena takto:

Přenosová soustava ** se skládá z 35 tisíc kilometrů vedení o 220 a 380 kV. Jedná se o vedení velmi vysokého napětí, na jehož úrovni je Německo spojeno se svými sousedy a elektřina se přenáší na velké vzdálenosti. **Distribuční soustavu tvoří:

  1. 95 tisíc kilometrů vedení vysokého napětí (60 až 110 kV) pro konglomerace a velký průmysl
  2. 500 tisíc kilometrů **vedení středně vysokého napětí ** (6 až 30 kV) pro velká zařízení, jako jsou nemocnice
  3. 1,1 milionu kilometrů vedení nízkého napětí (230 a 400 V) pro domácnosti a malé firmy

Německo má čtyři společnosti (vlastněné investory), které provozují čtyři sekce přenosové soustavy. Existuje ale asi 900 provozovatelů distribuční sítě.

Kolik kilometrů?

Co je tedy potřeba udělat pro Energiewende? V současnosti se na severu vyrábí hodně větrné energie a hodně solární energie na jihu. Německá energetická agentura (dena) publikovala dvě studie (Grid Study I a II) odhadující, že síť bude třeba rozšířit o 4,5 tisíce kilometrů vedení velmi vysokého napětí, pokud chce Německo zvýšit kapacitu větrné energie z 27 gigawattů na 51 gigawattů do roku 2020 – z čehož 10 gigawattů by bylo mimo pevninu v Severním moři a Baltském moři. Někteří odborníci ale věří, že by stačila polovina navrhované délky.

Obě studie se mezi zastánci obnovitelných zdrojů setkaly s velkou kritikou, především proto, že autoři nezveřejnili podkladová data, takže studie nemohly být řádně prozkoumány. Nicméně dokonce i na navrhované úrovni by téměř celé zdvojnásobení kapacity větrné energie podle všeho pořád vyžadovalo rozšíření přenosové soustavy o necelých 13 procent. Velké množství nového vedení by navíc nebylo zapotřebí, pokud by vláda upřednostnila podpořit rozvoj využívání pevninského větru na jihu před další expanzí mořských větrných elektráren na severu. V poslední době přišli výrobci se speciálními větrnými turbínami s vyššími věžemi a delšími lopatkami navrženými speciálně pro použití v místech se slabým větrem, jako je jižní Německo. Takové pevninské turbíny na jihu by nevyžadovaly tolik nového vedení, čímž by snížily celkové náklady německého energetického přechodu – je také mnohem levnější stavět větrné elektrárny na pevníně než na moři.

Podobně, někteří zastánci solární energie by si přáli, aby se garantované výkupní ceny pro fotovoltaiku nastavovaly podle regionů (jako je tomu ve Francii) – více fotovoltaiky by se takto instalovalo na severu, čímž by se usnadnila integrace do sítě.

Německá vláda vydala seznam „urgentně potřebných vedení“ pod úrovní přenosové soustavy v celkové délce asi 1900 kilometrů, z nichž je hotových 200 kilometrů. Část problému spočívá v lokálním odporu (lidé si nepřejí bydlet blízko nadzemních elektrických vedení), rozšiřování ale zpomaluje také složitá byrokracie a financování. Alternativu představují podzemní kabely, které však stojí víc.

Je nicméně důležité si uvědomit, že mluvíme o přidání asi 1900 kilometrů k síti, která se skládá ze stovek tisíc kilometrů postavených výhradně pro dodávky jaderné a fosilní energie.

V roce 2017 německá agentura pro dohled nad provozem sítě oznámila, že tři nová hlavní severo-jižní vedení budou dokončena do roku 2025. Do té doby bude Německo situaci řešit nasazováním záložních elektráren na fosilní paliva. Pro zimu 2017/18 je k tomuto účelu vyčleněno 10,4 GW instalovaného výkonu.

Alternativy rozšíření sítě

Německý sektor obnovitelných zdrojů nicméně jen tak nesedí a nečeká, až vláda poskytne síť přizpůsobenou budoucnosti energetiky. Solární sektor objevil způsob, jak efektivněji využít vedení velmi vysokého napětí: sluneční elektrárny mohou fungovat jako „oscilátory fázového rozdílu“, aby stabilizovaly frekvenci sítě. Solární sektor doufá, že tento přístup sníží počet nových vedení, která musí být postavena.

Větrný sektor také oplývá řadou nápadů. V nové německé legislativě existuje regulace nazvaná n+1 – což znamená, že kdykoliv se postaví elektrické vedení, musí být k dispozici rezervní vedení, které dokáže převzít jeho kapacitu v případě selhání. Větrný sektor přišel s řešením, které by mohlo znamenat, že tento požadavek už nebude zapotřebí: specializované elektrické vedení k propojení obnovitelných zdrojů.

Evropská unie se navíc v rámci svých plánů na vytvoření energetické unie snaží zesílit propojení mezi zeměmi. Přetoky větrné a solární energie z Německa již ale zároveň pronikají do Polska a České republiky, takže další integrace by byla pro tyto země výzvou. Proto byly na hranicích mezi Německem a Polskem (a Německem a Českou republikou) instalovány speciální transformátory (nazývané phase shifter), které umožňují omezovat reálné toky. Čeští a polští provozovatelé sítě tak mohou lépe kontrolovat svoji vlastní síť.