Recept na proměnu energetiky

Na 13. energetickém kongresu před třemi lety byly obnovitelné zdroje a další prvky „nové energetiky“ vnímány jako přírodní katastrofa. Valily se na českou energetiku zvenčí, ohrožovaly dosud funkční soustavu a bylo nutné proti nim zakročit, abychom neskončili bez elektřiny. Na 16. energetickém kongresu, pořádaném tradičně společností Business Forum 5. – 6. dubna 2016 v pražském OK Systemu, již byla atmosféra výrazně odlišná.

ČEZ se v rámci reklamních materiálů pochlubil svou novou dcerou ČEZ ESCO, která má na starosti oblast energetických služeb, zástupce Eo.Nu přednášel o digitalizaci energetiky a přítomní byli vděční za zahájení přeshraničního energetického dialogu. Nechyběli hosté z Německa a Francie, aby představili svá řešení. Mluvit o optimismu by bylo předčasné, na to bylo (a je) do konvenční energetiky investováno příliš mnoho peněz i úsilí. Nicméně bylo patrné, že jednotliví účastníci se již s transformací energetiky smířili a pomalu se rozhlížejí, jestli by se na celosvětovém boomu v oblasti úspor, obnovitelných zdrojů a „smart“ technologií mohli nějak podílet. Někteří tak činí s nostalgickým povzdechem po starých dobrých časech, jiní s nadšením pro nové technologie.

Energiewende, energetická unie a financování konvenčních zdrojů

Základní pilíře evropské energetické politiky jsou bezpečnost dodávek, udržitelnost a šetrnost k životnímu prostředí a cenová dostupnost. Tyto cíle jdou momentálně proti sobě. Zajištění všech tří cílů by měla řešit intenzivní energetická spolupráce evropských států skrze opatření jako energetická unie a reforma trhu s elektřinou.

Energetická unie

Společný postup v energetice by měl výrazně zefektivnit evropskou energetiku. Jak zmínil Evžen Tošenovský, EU je velmi závislá na dovozu energie, stojí ji miliardu eur denně. Pokud by se státy mohly mezi sebou spolehnout na dodávky energie od sebe navzájem, nemusel by každý budovat rozsáhlé vlastní kapacity a dovážet tolik surovin. Se sbližováním národních energetik však vyvstává problém odpovědnosti, národní suverenity i vhodnosti obecných (společných) opatření pro konkrétní země. Jinak řečeno zájmy celku se nemusí protínat se zájmy jednotlivých částí. Ač tyto rozpory nějaké panevropské řešení zatím oddalují, jak státy, tak jednotliví aktéři (provozovatelé sítí, energetické společnosti, politici…) si zatím pochvalují zahájení mezinárodního dialogu o energetice v podobě Energetické unie. Až je to zvláštní, do loňska v EU nic takového nebylo a každá země si svou energetiku dělala po svém bez širší konzultace s ostatními zeměmi.

Na čem se energetici z různých evropských zemí dosud shodli nejsnadněji, je propojování národních trhů. Cílem je, aby výrobci mohli prodávat v každému v Evropě, a také aby zákazníci mohli od každého evropského výrobce nakupovat. Součástí Energetické unie má být i rozvoj sítí, aby se všechna elektřina, která se prodá, zvládla také přepravit. Tento efekt je v zájmu všech aktérů, propojení národních trhů je dle europoslance Evžena Tošenovského prakticky „hotová věc“. Diskuze se z „ano nebo ne“ přesunula na otázku „jak a za kolik“.

Zdroj: David Kučera

Zdroj: Jan Osička

Reforma trhu s elektřinou

Energetický trh je nyní v paradoxní situaci – koncoví zákazníci platí konstantně vysoké ceny za elektřinu a zároveň ceny silové elektřiny jsou příliš nízké na investice do klasických zdrojů. Hlavní důvody tohoto stavu jsou nízké ceny paliv a emisních povolenek. Vedle toho by měl nyní trh funkčním způsobem integrovat rostoucí množství jak OZE, tak tzv. prosumers, tedy zákazníků – spotřebitelů, kteří si část spotřeby pokrývají z vlastních zdrojů. Tyto okolnosti s sebou přinášejí nové otázky. Například jak ocenit a zaplatit služby přenosové soustavy a záložní kapacity? Přestane trh od určitého podílu zdrojů s nulovými variabilními náklady poskytovat cenovou informaci?

Situaci má řešit reforma trhu s elektřinou, ve hře jsou zatím dvě varianty. Tzv. čistě energetický trh (Energy only market) a trh s kapacitními rezervami (Capacity reserve market). Česká i německá vláda se momentálně kloní k verzi s čistě energetickým trhem.

Koncepce čistě energetického trhu předpokládá, že velkoobchodní cena elektřiny bude určena skutečně jen na základě nabídky a poptávky. Bez omezení cenového stropu bude moci v dobách nedostatku cena elektřiny nárazově vystoupat i na ceny v řádu stovek eur za MWh. Za těchto okolností bude pro obchodníky výhodnější nakupovat elektřinu v dlouhodobých kontraktech, které by měly tvořit základ pro financování klasických zdrojů a záložních kapacit. Dalším důsledkem nárazově vysokých cen by měla být zrychlující se odezva poptávky (demand response) vzhledem k ceně elektřiny (viz níže).

Německo

Záložní kapacity v Německu budou řešeny prostřednictvím tzv. strategické (netržní) rezervy. Tzn., že část zdrojů bude postavena mimo trh a bude spuštěna až v případě hrozícího nedostatku elektřiny. Rezervní kapacity budou nakupovány v aukcích a v prvních několika letech by je měly tvořit odstavované uhelné elektrárny.

Mechanismus aukcí by se měl nově vztahovat i na podporu OZE. Stát vyhlásí aukci na instalovaný výkon a povolení ke stavbě dostane výrobce, jehož elektrárna bude schopna dodávat za nejnižší cenu. Zatím v Německu proběhla 3 zkušební kola aukcí na instalovaný výkon pozemních fotovoltaických elektráren v řádu desítek až stovek MWp. Výsledky jsou zatím velmi uspokojivé, v každém pokračování aukce se povedlo vydražit nižší cenu za dodávanou elektřinu.

Reforma energetického trhu znamená i další nároky na obnovitelné zdroje. Vedle aukcí na instalovaný výkon je to také požadavek, aby provozovatelé obnovitelných zdrojů převzali odpovědnost za odchylku. Na konferenci nebyla zmíněna velikost OZE, na něž by se tato podmínka měla vztahovat, nicméně jedná se zatím jen o koncepční návrh, ne o návrh konkrétní legislativy.

Původní podpora OZE na bázi garantovaných výkupních cen (feed-in-tariff) nejen v Německu pomohla k výraznému snížení cen technologií a obrovskému nárůstu instalací. Tím splnila svůj účel, díky poklesu cen jsou nyní OZE schopné dodávat za konkurenceschopnou cenu a měly by se zvládnout na trhu uživit bez podpory. Jejich rozvoj si však stejně vyžádá další náklady, zejména na rozvoj sítí. Jak podotkl Rainer Baake, státní tajemník Spolkového ministerstva průmyslu a energetiky, když je dost větru a slunce, všichni rádi nakupují levnou elektřinu. Cena tedy již u OZE není problém, ale k jejich dalšímu rozvoji je potřeba dostatečná přenosová kapacita.

Nefunkční trh?

Ač se na kongresu mluvilo o nefunkčním trhu, opakovaně zaznívaly i názory, že trh funguje a nízká cena silové elektřiny poukazuje zejména na převis nabídky. V tomto ohledu se vyjádřil i Jan Osička z Centra pro energetické studie (Centre for Energy Studies)- trh nereaguje na blížící se nedostatek výrobních kapacit, protože:

• výrobních kapacit bude spíše přibývat,
• očekává se pokles spotřeby,
• dnešní mezní zdroje mají velmi nízké variabilní náklady (uhlí, uhlík),
• výhled růstu OZE snižuje očekávané vytížení (nových kapacit, pozn. red.) a prodlužuje návratnost.

Součástí energetické „reformy“ tedy nutně bude i odstavování kapacit napříč Evropou, zejména jaderných a uhelných elektráren. Podle Rainera Baakeho bude osekání přebytečných kapacit dalším z motivů pro obchodníky, aby při nákupu elektřiny uzavírali dlouhodobé kontrakty.

Úspory energie, digitalizace, flexibilita poptávky a akumulace energie

Na Energetickém kongresu 2013 zazněla otázka, že se sice hovoří o proměně energetiky, ale jak to všechno technicky provést? Situace se jevila tak, že sice zažíváme boom obnovitelné energie, který však naráží na limity konvenční energetické infrastruktury. Na Energetickém kongresu 2016 už byla řešení o dost konkrétnější. Řeč byla o flexibilitě poptávky, digitalizaci energetiky, akumulaci energie a o jejich společném jmenovateli – úsporách energie.

Úspory energie

V debatách o transformaci energetiky se obvykle primárně řeší výstavba zdrojů. Ta je dle Ivo Slavotínka „marketingově atraktivní“, nicméně bylo by nekoncepční před výstavbou zdrojů nejprve nezjistit, zda se energií někde zbytečně neplýtvá. Spotřeba energie sice v ČR klesá, od roku 2001 klesla o 27 %, ale pořád je výrazně vyšší, než průměr v EU. I z toho důvodu byl na Energetickém kongresu 2016 věnován celý blok programu úsporám energie.

Úspory energie jsou vyžadovány i podporovány státem i EU prostřednictvím dotačních programů. Největší pozornost byla věnována programu OPPIK a financování úspor metodou služeb se zaručeným výsledkem (EPC). Dotace ovšem provází dvojí zkreslení. První je administrativní – do národního cíle v energetických úsporách se počítají pouze úspory financované z operačních programů. Ty však tvoří jen část realizovaných opatření, úspory provedené bez dotací nejsou do národního cíle zahrnuty. Druhé zkreslení je „marketingové“, kdy je dotace hlavním impulsem k realizaci úsporných opatření. Praxe však ukazuje, že mají-li úspory kladný dopad na konkurenceschopnost, uchylují se k nim firmy i bez dotací.

Zdroj: Vladimír Sochor

Podniky zajímá z hlediska úsporných opatření především návratnost. Spolu s životností se jedná o klíčová kritéria nejen pro uživatele, ale i pro banku, která na úsporná opatření poskytuje úvěr. Atraktivní úspory by se měly vrátit v nákladech do sedmi let, opatření s delší návratností jsou už méně lákavá. V diskuzi zaznělo, že OPPIK návratnost výrazně nezlepšuje a řada podniků proto realizuje úsporná opatření bez dotací. Nemusí pak ve snaze vyhovět podmínkám dotace omezovat parametry opatření ani řešit spoustu administrativy a souvisejících kontrol.

Úspory energie nemusí bezprostředně souviset s environmentalismem nebo nadšením pro zelené technologie – prostě se vyplatí. Jako jeden z úspěšných příkladů byla prezentována decentralizace výroby tepla v závodu ESAB CZ vyrábějícím svařovací materiál. Úspory byly prováděny ve spolupráci s poradenskou společností Enesa. Původní soustava zásobování teplem zahrnovala centrální uhelnou a plynovou parní kotelnu a přibližně 2,5 km parních rozvodů. Účinnost na patě centrální kotelny byla jen 60 % a ztráty v parních rozvodech dosahovaly ročně zhruba 13 TJ. Kromě toho uhelné kotle vyžadovaly kromě trvalé směnné obsluhy také další investice do oprav a ekologizace. Cílem bylo převést celou soustavu na plyn, decentralizovat výrobu páry a zrušit tak její dopravu potrubím. Výsledek spolupráce (viz obrázky) si pochvalují obě strany.

ESAB CZ, Enesa

ESAB CZ, Enesa

ESAB CZ, Enesa

ESAB CZ, Enesa

Flexibilita

Klíčovou vlastností budoucích energetických systémů bude flexibilita. A to nejen na straně zdrojů, ale také na straně spotřebitelů. Lenka Kovačovská ve své prezentaci zmínila pojem „Propojení maloobchodního a velkoobchodního trhu: poskytování pobídek pro spotřebitele, aby se stali aktivními a těžili z výhod integrace trhu“. Flexibilní poptávka po energii („demand side response“), jinak řečeno „schopnost měnit svou spotřebu elektřiny po určitou dobu podle situace v síti“, se tak stává relevantním zdrojem, za který se platí. Tuto službu blíže popsal Benoît Duretz z francouzské společnosti Energy Pool. V době energetických špiček lze kromě čerpání záložních kapacit (točivá rezerva, vodní elektrárny, akumulátory, plynové elektrárny atd.) také redukovat poptávku po elektřině (nebo naopak „povzbudit“ spotřebu/akumulaci v době nízkých cen elektřiny) u spotřebitelů, kteří s tím předem souhlasili a dostávají za svou službu (flexibilitu) peníze. Služba v tomto ohledu cílí zejména na velké průmyslové podniky. Ty mají jednak odběr v řádu MWh, tudíž snížení jejich poptávky má markantní dopad na zatížení sítě a jednak mají mnohdy vlastní zdroje elektřiny, které lze využít jako záložní kapacitu.

Společnost Energy Pool provedla dosud největší redukci poptávky po elektřině v EU dne 5. dubna 2013. Stalo se tak v důsledku nízkých teplot oproti předpovědi a pravidelné roční udržby některých jaderných elektráren. Regulací 53 odběrných míst došlo ke snížení zatížení sítě až o 510 MW a omezení spotřeby o 1,8 GWh.

Účast na projektu přináší dvě výhody:

1. Úsporu – když je v síti nedostatek elektřiny, její cena nárazově stoupne. Pokud zákazník v tu chvíli dokáže snížit svou spotřebu, ušetří za drahou elektřinu. Tím zefektivní svou výrobu – a tedy i zvýší vlastní konkurenceschopnost – a operátor sítě tak získá manévrovací prostor.
2. Výdělek – za službu se platí a pro zapojení do programu jsou potřeba jen drobné investice. Se stávajícími kapacitami tak uživatelé získají další zdroj příjmu.

Flexibilitu „nakupují“ energetické společnosti, které potřebují regulovat síť při výkyvech ve výkonu. Výkyvy mohou pocházet z výroby OZE nebo z výpadku (odstávky) konvenčních zdrojů. Přizpůsobení vlastní spotřeby výrobě obnovitelných zdrojů je pro velké odběratele výhodné z hlediska ceny – díky prakticky nulovým variabilním nákladům je elektřina z OZE velmi levná. Regulace poptávky umožňuje využívat ve větší míře elektřinu z OZE při zachování stability sítě a bezpečnosti dodávek – flexibilita poptávky je stejně spolehlivá, jako připojení záložního zdroje.

Digitalizace

Stejně jako dnes nelze pominout nástup obnovitelných zdrojů, nelze ignorovat ani digitalizaci energetiky. S rostoucím množstvím chytrých zařízení (měřidel, senzorů, elektroniky…) a se stále rychlejším přenosem dat se otevírají zcela nové možnosti v energetice. Velké množství permanentních a přesnějších informací umožňuje pružně přizpůsobovat dodávku energie podle potřeby. Díky rychlému internetovému připojení jsou dnes nejen v energetice možné věci, o kterých bychom si před 15 lety mohli nechat jen zdát. Kam dospěje vývoj za dalších 15 let lze jen těžko odhadnout, každopádně je zde obrovský potenciál.

Digitalizaci z pohledu energetické společnosti přiblížil Tomáš Holan ze společnosti EOn. Stejně jako jiná odvětví (UBER v dopravě, Airbnb v cestovním ruchu, Airbank ve financích), by se i energetika měla stále více přibližovat zákazníkovi. Ten si s všudypřítomným pronikáním internetu rychle zvyká na dostupnost informací a užitečných služeb šitých na míru. Z toho by měli vycházet i poskytovatelé – mají o zákazníkovi mnohem více informací a jsou s ním v těsnějším kontaktu. Výstupem pro zákazníka je obvykle internetový portál, od něj odvozená mobilní aplikace, nějaké „smart“ zařízení (řídicí systémy domů, chytré měřáky, termostaty) a to všechno napojené na sociální sítě. Jednotlivá řešení spolu přitom musí být propojená, nefungují samostatně. Na straně poskytovatele je potom výstupem podrobná databáze uživatelů, jejich chování a preferencí.

Digitalizace v podání EOnu znamená „osobní (personal) chytrá (smart) energie“. Osobní znamená, že zákazník má díky internetu informace o svých službách pořád po ruce s možností rychlé komunikace. Chytrá znamená užitečné a praktické služby vycházející ze zákazníkových potřeb, energie je potom hlavní byznys EOnu.

Zdroj: Libor Kozubík

S postupující digitalizací také rapidně roste i objem dat, která musí energetické společnosti sbírat a vyhodnocovat. Služby v této oblasti poskytuje tradičně společnost IBM, jejíž řešení prezentoval Libor Kozubík. Data v energetice lze rozdělit podle témat na technická a obchodní. Technická zahrnují údaje pro výrobu elektřiny, provoz soustavy, údržbu, odečty, obchodní data zahrnují komunikaci se zákazníkem – smlouvy, tarify, faktury atd. V souvislosti s obnovitelnými zdroji jsou žádoucí také informace o počasí (rychlost větru, intenzita slunečního záření, průtok na řece…) a tedy predikce výroby. Sběr velkého množství dat a jejich analýza umožňuje zefektivnění, zrychlení, zlevnění a predikci různých procesů v energetice.

Akumulace

O akumulátorech pro domácí i průmyslové použití se poslední dobou mluví čím dál častěji. Jejich zviditelnění částečně pomohlo uvedení domácí baterie Tesla Powerwall loni na jaře – jako by si ostatní výrobci baterií do té doby nechávali svá řešení pro sebe a až s ohlasem na Teslu je začali více propagovat. Faktem ovšem je, že poptávka po bateriích zde byla i před Teslou a stejně tak jejich výrobci. Dvě čeští výrobci akumulátorů se představili i na Energetickém kongresu 2016. Jeden má za sebou již několikaleté (a převážně zahraniční) reference, druhý by měl rozjet výrobu „revoluční baterie“ během letošního roku.

Zdroj: Miroslav Šafář

Společnost Fitcraft Energy z Valašského meziříčí vyrábí zařízení Savebox, které kromě baterie obsahuje „v jedné krabici“ i všechny potřebné komponenty k jejímu provozu – battery management, střídač, bezpečnostní prvky a další. Savebox se proto dá snadno použít jako kompletní řešení pro ostrovní systém, k němuž stačí připojit už jen fotovoltaiku nebo jiný generátor. Možná kapacita se pohybuje od jednotek kWh do jednotek MWh a zařízení je bezúdržbové. Lze ho tak uplatnit místo malé elektrocentrály, může fungovat jako domácí elektrárna a stejně tak jako průmyslový akumulátor s kapacitou v řádu stovek kWh.

Fitcraft Energy ve svých bateriích používají lithiové články. Ty mají na jednu stranu ozkoušené a spolehlivé parametry, na druhou stranu se s nimi musí zacházet opatrně. Know-how Fitcraftu proto tvoří vedle bateriových modulů, které se dají libovolně kombinovat, zejména jejich management, který umožňuje optimální (a tedy bezpečné) využití a monitoring celého úložiště. Společnost Fitcraft energy se chlubí řadou zahraničních referencí, včetně unikátního ostrovního systému v Peru nebo zajištění dodávky elektřiny pro hospic v Lesothu.

O společnosti HE3DA se již delší dobu hovoří jako o jednom z nejnadějnějších projektů akumulace energie. Ideální akumulátor by měl mít vysokou kapacitu, bezpečnost, velký výkon, mnoho nabíjecích cyklů a to vše při malých rozměrech, krátké době nabíjení a nízké ceně. Baterie HE3DA českého vynálezce Jana Procházky by měla splňovat většinu těchto parametrů a navíc by se její sériová výroba měla rozběhnout již koncem tohoto roku.

Prototyp akumulátoru HE3DA

Oproti standardním lithiovým bateriím, které pracují se elektrodami o síle desítek mikrometrů, má baterie HE3DA elektrody silné několik milimetrů. To ji spolu s keramickým separátorem, optimalizovanou porezitou pro lithiové ionty a řadou dalších inovací dává kromě větší kapacity a jednodušší výroby také větší robustnost v mnoha ohledech. Je to především vyšší odolnost jak vůči mechanickému poškození, tak vůči zkratu, přebíjení nebo přehřátí. Baterie tedy může bezpečně pracovat i v poměrně extrémních podmínkách, aniž by to mělo významný vliv na její životnost.

Další výhoda je, že články HE3DA mohou mít různé rozměry. Dnes se i velké lithiové baterie skládají z malých článků. To znamená, že v kontejnerovém úložišti s kapacitou v řádu stovek kWh se nachází stejné články jako v baterii notebooku s kapacitou v řádu mAh. Tedy čím je soustava větší, tím je náchylnější na poruchy, neboť se skládá z tisíců jednotlivých článků. Technologie HE3DA umožňuje vyrobit větší články a tím významně snížit jejich počet ve velkých bateriích. Vzhledem k výše uvedeným vlastnostem by se tak mělo docílit výrazně vyšší bezpečnosti a spolehlivosti celé soustavy.

Závěr

Transformace energetiky nadále působí jako podnik s nejistým výsledkem, nicméně z Energetického kongresu 2016 bylo patrné, že firmy, odborníci i politici usilují o zachování všech pilířů evropské energetické politiky. Na jednotlivé výzvy – od výstavby sítí přes stabilitu dodávek po dostupnou cenu – jsou usilovně hledána řešení. Na tradiční energetiku postavenou na fosilních a jaderných zdrojích tato řešení zatím dopadají negativně, přičemž tyto zdroje stále pokrývají většinu spotřeby energie v EU. Podle současných plánů by v nejbližších dekádách měla být většina této kapacity odstavena, uvidíme, jaké to bude mít dopady na evropské energetické cíle.