Kombinace Obnovitelných Zdrojů Energie: Cesta k Udržitelné Energetice v České Republice

Rozvoj bezemisní energetiky v Česku bude pravděpodobně zahrnovat široké nasazení proměnlivých solárních a větrných zdrojů, jejichž výroba se liší v různých částech roku i v rámci dne a závisí na aktuálním počasí. Spotřebitelé však potřebují spolehlivé, nepřerušované dodávky elektřiny. Z tohoto důvodu je klíčové zabývat se proměnlivostí obnovitelných zdrojů energie (OZE).

Proměnlivost a Spolehlivost OZE

Výroba elektřiny ze slunce a větru je v čase velmi proměnlivá, a to jak v průběhu dne, tak během roku. Podrobná analýza dat ukazuje, že solární a větrné elektrárny jsou většinou spolehlivé zdroje energie a že i v nejméně příznivých obdobích jí vyrobí nemalé množství. Bezemisní energetiku nelze postavit na jednom zdroji.

Na sezónní úrovni jsou v Česku solární a větrné zdroje velmi spolehlivé. Období velmi nízké výroby v Česku nastávají v zimních měsících, když je souběžně zamračeno a málo fouká vítr. V zimní polovině roku bývá průměrně 24 dní, kdy vítr vyrobí méně než čtvrtinu dlouhodobého průměru.

Sezónní Pohled na Výrobu OZE

Při vhodné kombinaci instalovaných výkonů se slunce a vítr v ročním a sezónním horizontu dobře doplňují - v období, kdy málo svítí slunce, typicky více fouká vítr a naopak. Den ode dne je výroba ze slunce a větru poměrně dobře předvídatelná, ale i tak se přirozenými vlivy každý den do různé míry mění.

Na nejvyšší úrovni dává smysl bavit se o variabilitě celkové výroby za celý rok nebo po měsících. V ročním součtu se v Česku ze slunce v každém roce vyrobí přibližně ±10 % elektřiny oproti dlouhodobému průměru. V polovině roků (mezi 25. až 75. percentilem) je rozsah dokonce jen ±3 %. Proměnlivost solární a větrné výroby na úrovni celých roků je tedy poměrně omezená, avšak zatím žádná technologie nedokáže účinně a spolehlivě přenášet elektřinu přes tak dlouhá časová období.

Čtěte také: Význam obnovitelné energie

Graf výroby po měsících má vcelku předvídatelný tvar - v Česku slunce nejvíc svítí v létě a vítr nejvíc fouká naopak v zimě. Slunce dominuje v létě, ale v zimě je jen doplňkovým zdrojem. V půlroce od dubna do září se v Česku vyrobí téměř 70 % z celé roční výroby fotovoltaiky. Vítr je naopak převažujícím zdrojem v zimě.

Solární výroba je v rámci roku více proměnlivá než větrná. Výroba v nejméně příznivých zimních měsících u slunce klesá až k pouhé čtvrtině oproti těm nejpříznivějším letním, zatímco u větru výroba v letních měsících klesá v průměru jen zhruba k polovině nejpříznivější zimní výroby.

Měsíční výroba má mezi lety přirozeně větší variabilitu než v součtu za celý rok. Z fotovoltaiky se v zimních měsících vyrobí o 40-80 % méně oproti průměru, v létě je to o 20-70 % více. U větru je proměnlivost obecně vyšší. Nejširší je rozsah výroby z větru v zimních měsících. Z obou grafů je patrné, že fotovoltaické a větrné elektrárny se sezónně dobře doplňují - málo slunečné měsíce bývají často větrnější a naopak.

Integrace Proměnlivých Zdrojů do Elektrizační Soustavy

Jak do elektrizační soustavy co nejlépe integrovat proměnlivé zdroje, jejichž výroba závisí na počasí a měsíc od měsíce se mění? Jak přenést energii z přebytkových měsíců a jak se připravit na období nízké výroby? Klíčové kroky zahrnují:

• Dobrý mix slunce a větru: Podle jakého pravidla dimenzovat instalovaný výkon obnovitelných zdrojů?
• Mírné naddimenzování obnovitelné výroby: Z hlediska budoucího systému nemusí být cílem, aby průměrná výroba jen odpovídala spotřebě.

Kdyby Česko postavilo tolik větrných elektráren, aby se z nich v průměrném lednu vyrobilo 40 % spotřeby, je potřeba počítat s tím (a dimenzovat podle toho propojení, akumulaci i další zdroje), že v různých letech v lednu mohou vyrobit 20-80 % spotřeby. Kdyby Česko postavilo tolik větrných elektráren, které v průměru pokryjí 60 % lednové spotřeby, byl by tento rozsah napříč lety 30-120 %. To znamená, že při velmi nepříznivém lednu by chybělo o něco méně elektřiny.

Čtěte také: České startupy a energie

Další Možnosti Integrace OZE

• Propojení elektrizačních soustav států napříč Evropou pomocí interkonektorů: Tato propojení dokážou přenášet elektřinu z oblastí přebytků tam, kde je elektřiny momentálně nedostatek - ať už se jedná o nadvýrobu z OZE nebo využití dostupných kapacit akumulace nebo záložních zdrojů v sousedních státech.
• Sezónní akumulace elektřiny: Baterie a přečerpávací elektrárny momentálně nejvíce pomáhají s vyrovnáváním v řádu hodin až dnů. Pro sezónní akumulaci je potřeba technologie s vysokým poměrem kapacity k instalovanému výkonu. Dnes tuto funkci do jisté míry plní velké akumulační vodní nádrže, avšak jejich potenciál je v Evropě už téměř vyčerpaný. Potenciální budoucí technologie akumulace s vysokou kapacitou by umožnila přenášet energii až na úrovni týdnů či měsíců a pomohla by tak integrovat velké přebytky z OZE. Taková technologie ale zatím není dostupná v dostatečné škále a dostatečně levně.
• Akumulace tepla a chladu v systémech zásobování teplem, v domácnostech i průmyslu: V létě lze velké přebytky elektřiny z fotovoltaiky použít pro ohřev vody v obřích zásobnících (pomocí elektrokotlů nebo tepelných čerpadel) a ukládat tak energii pro zásobování domácností teplem v chladnějších obdobích.
• Flexibilita spotřeby v domácnostech nebo při nabíjení elektroaut: Elektroauto se může levněji nabít v poledne, kdy hodně vyrábí fotovoltaika, nebo uprostřed noci, kdy je jinak velmi nízká spotřeba.
• Akumulace energie do formy paliva: Např. výroba zeleného vodíku elektrolýzou při větších přebytcích.
• Záložní zdroje elektřiny: Jedná se o elektrárny, teplárny nebo třeba spalovací motory, které lze rychle nastartovat a regulovat jejich výkon podle aktuální potřeby.

Denní Proměnlivost Výroby z OZE

Kolik elektřiny běžně vyrobí fotovoltaická nebo větrná elektrárna v každém dni? V jednotlivých dnech roku je výroba z OZE proměnlivá, avšak není zcela nahodilá.

V letní polovině roku v Česku výroba ze slunce klesá pod 25 % dlouhodobého průměru pouze ve třech dnech (v průměru přes 38 zkoumaných let). U větru takové dny nastávají kvůli větší přirozené variabilitě násobně častěji. Při vhodném nastavení poměru instalovaných výkonů (viz předchozí sekce) se dny s velmi nízkou výrobou počítají v jednotkách.

Pojem pochází z němčiny a označuje období, kdy je zataženo a vítr téměř nefouká, a dochází tak k velmi malé výrobě elektřiny z obnovitelných zdrojů. Taková období nastávají několikrát do roka, v Česku téměř pokaždé mezi říjnem a lednem, kdy jsou dny krátké a potenciál slunce je tak minimální. Právě v těchto dnech potřebuje energetická soustava záložní zdroje, které 90 nebo i 98 % roku stojí, ale jednou za čas jsou potřeba pro zajištění spolehlivých dodávek elektřiny (a tepla). Výroba z těchto zdrojů může být nákladná, ale jejich výstavba je oproti jiným konvenčním zdrojů relativně levná.

Geografické Rozptýlení a Propojení

Čím větší je plocha, na které jsou fotovoltaické elektrárny instalované, tím menší je variabilita jejich výroby. Propojení soustav evropských států tak pomáhá stabilizovat proměnlivost výroby.Jak co nejlépe využít přebytky z výroby, které se okamžitě nevyužijí, a jak se připravit na období nízké výroby?

• Propojení elektrizačních soustav států napříč Evropou pomocí interkonektorů: Tato propojení dokážou přenášet elektřinu z oblastí přebytků tam, kde je elektřiny momentálně nedostatek (ať už se u sousedních států jedná o nadvýrobu z OZE nebo o využití dostupných kapacit záložních zdrojů či akumulace). Propojení tak umožňuje efektivně vyrovnávat výkyvy v proměnlivé výrobě ze slunce a větru.
• Akumulace elektřiny: (tedy zejména baterie, přečerpávací vodní elektrárny nebo akumulační vodní nádrže) pomáhá s vyrovnáváním spotřeby a výroby v řádu hodin až dnů. Technologie akumulace s vysokým poměrem kapacity k instalovaném výkonu (nad 100 h) by umožnila přenášet energii až na úrovni jednoho týdne a pomohla by tak ještě efektivněji integrovat velké množství OZE.
• Akumulace tepla a chladu v systémech zásobování teplem, v domácnostech i průmyslu: V období nadbytku lze velké přebytky elektřiny z větru či fotovoltaiky použít pro ohřev vody v obřích zásobnících (pomocí elektrokotlů nebo tepelných čerpadel) a ukládat tak energii pro zásobování teplem v obdobích s nižší obnovitelnou výrobou.

Kogenerace jako Součást Energetického Mixu

Při přechodu k moderní energetice se nejčastěji hovoří o konci uhlí a výrazném rozvoji obnovitelných zdrojů energie. Kogenerace je podle mě důležitou součástí moderní energetiky, protože umožňuje efektivní a šetrné využití paliv pro výrobu elektřiny a tepla. Kogenerace snižuje emise skleníkových plynů, zvyšuje energetickou bezpečnost a nezávislost, a přispívá k diverzifikaci energetického mixu. Kogenerace je také flexibilní a kompatibilní s obnovitelnými zdroji energie, jako je biomasa, bioplyn, slunce a vítr.

Čtěte také: Více o sluneční energii

Kogenerace má několik výhod, které ji činí v některých oblastech nenahraditelnou, nebo jen obtížně nahraditelnou. Je například schopná dodávat stabilní a kvalitní elektřinu i v době, kdy jsou obnovitelné zdroje energie nestálé nebo nedostatečné. Kogenerace také umožňuje využít lokální zdroje paliv, jako je zemní plyn, odpadní teplo nebo bioplyn, a snížit tak závislost na dovozu energie. Přináší úspory pro zákazníky, kteří mohou snížit své náklady na energii a zvýšit svou konkurenceschopnost.

Kogenerace se nejčastěji využívá v různých odvětvích a oblastech, jako je průmysl, zemědělství, služby, bydlení, komunální služby nebo veřejné instituce. Kogenerace je vhodná pro všechny zákazníky, kteří mají potřebu současného odběru elektřiny a tepla, a kteří mohou zajistit jejich vyváženost. Největší potenciál má tam, kde je možné využít odpadní teplo z průmyslových procesů, nebo kde je dostupný bioplyn z bioplynových stanic, čistíren odpadních vod nebo skládek.

Firmy, města a další instituce mají zájem o rozvoj kogenerace, o budování nových kogeneračních jednotek, respektive o dodávky tepla z kogeneračních jednotek. Důvodem je především snaha o snížení nákladů na energii, zlepšení energetické efektivity a snížení emisí oxidu uhličitého.

Aktuální trendy v kogeneraci jsou skutečně přechod od spalování uhlí k plynu a posléze k vodíku. Plyn je čistší a levnější palivo než uhlí, a navíc umožňuje větší flexibilitu a regulaci výroby. V současné době je plyn považován jako transferové palivo přechodu k obnovitelným zdrojům. Vodík je pak perspektivní palivo budoucnosti, které má potenciál být nulově emisní, pokud je vyráběn z obnovitelných zdrojů.

V současné době je v České republice instalováno asi 450 MW malých kogenerací, jejichž podíl na výrobě elektřiny není zanedbatelný. Roční růst instalovaného výkonu v kogeneracích se pohybuje mezi 30 a 40 MW. Velké kogenerační jednotky (nad 5 MW jednotlivého zdroje) mají také významnou roli v modernizaci teplárenského sektoru, který se snaží postupně ukončit využívání uhlí. Do roku 2030 by se mohlo v České republice vybudovat více než 2 000 MW velkých kogenerací, které by nahradily uhelné zdroje a zvýšily efektivitu a snížily emise výroby elektřiny a tepla.

Biomasa, Bioplyn a Geotermální Energie

Z obnovitelných zdrojů energie je k výrobě tepla využívána biomasa, energie prostředí (tepelná čerpadla), bioplyn a energie slunce (fototermika). Na výrobě tepla má v České republice z obnovitelných zdrojů energie dominantní podíl biomasa (brikety, pelety, palivové dřevo, dřevní odpad, piliny, kůra, štěpky, zbytky po lesní těžbě, celulózové výluhy atd.). Za další možný obnovitelný zdroj tepelné energie je považována geotermální energie, kdy přímé využívání této energie není v současné době v naší republice realizováno.

Bioplyn vzniká v provozu bioplynových stanic, komunálních či průmyslových ČOV, příp. vyrobená tepelná energie je využívána především pro vlastní potřebu v místě vzniku, může být dodávána i jiným odběratelům (vytápění např. proces přeměny energie dopadajícího slunečního záření na energii tepelnou, tzv.

Solární Systémy a Podpora Vytápění

Kromě solárních soustav pro ohřívání vody se stále častěji prosazují i soustavy určené k podpoře vytápění. K optimálnímu využití solární energie pro přitápění slouží nízkoteplotní otopné plochy - např. podlahové vytápění nebo otopná tělesa, vhodná pro nízké teploty otopné vody. Je tomu tak proto, že solární soustava může zajistit dodávku tepla jen tehdy, když je teplota vody ve zpětném potrubí z otopné soustavy nižší než v akumulačním zásobníku. K solárnímu přitápění jsou zvláště předurčeny i soustavy s kondenzačními zdroji tepla, u nichž se nízké teploty také vyskytují.

V solární soustavě připadá důležitá role zásobníkům vody. U soustav pro ohřev vody a přitápění se běžně vyskytují především kombinované zásobníky, zdvojené (bivalentní) zásobníky a aku- zásobník tepla v kombinaci s vodárnou. Kombi-zásobník je jednoduché řešení, úsporné na plochu. Poměr objemů zásobníku na teplou vodu a aku-zásobníku tepla pro vytápění je ovlivňován jejich konstrukčním řešením.

Regulační Technika a Kombinace Zdrojů

Celistvost solárních zařízení pro ohřev vody a přitápění však není dána pouze zásobníky, přispívá k ní i regulační technika. Lze doporučit integrované regulátory pro otopné a solární soustavy - potřebu energie je s jejich přispěním možné pokrýt optimálně ze zdrojů, které jsou vždy právě k dispozici. Má-li převahu solární energie, klesá výrazně spotřeba paliva. Když solární energie dodávku tepla pokrýt nestačí, uvede se do provozu fosilní zdroj.

Kombinace různých zdrojů energie se solární soustavou umožňuje vytvářet nejrůznější varianty otopného systému. Odpovídajícím způsobem pak ovšem musí být variabilní také použitý - nejlépe modulární - regulační systém. Pro případ, že by se někdy v budoucnu měnilo uspořádání otopné soustavy, musí být dostupné i moduly vhodné pro rekonstrukci nebo doplnění regulace.

Hybridní Systémy

Kompaktní hybridní zařízení kombinují dva zdroje energie v jednom zařízení: vysoce účinný moderní kondenzační kotel na plyn a tepelné čerpadlo na obnovitelné zdroje energie prostřednictvím volné energie prostředí. U hybridních zařízení jsou dva nezávislé zdroje tepla integrovány do jednoho celku: plynový kondenzační kotel je kombinován s elektricky poháněným tepelným čerpadlem, které odebírá většinu energie ze vzduchu nebo vody. Tato kombinace energie kombinuje "obnovitelnou" energii s "vysoce účinnou" energií a poskytuje největší možnou svobodu při využívání toho zdroje energie, který je v daném okamžiku cenově nejvýhodnější.

Inteligentní regulaci Hybrid Pro Control lze individuálně nastavit tak, aby byl vždy zvolen účinnější - a tedy cenově nejvýhodnější - zdroj tepla. Hybrid Pro Control automaticky určuje čas a podle toho reaguje: na základě aktuálně nastavených cen energií pro elektřinu a plyn nebo olej vypočítá, který druh paliva lze v daném okamžiku použít nejefektivněji.

Komunitní Energetika

V rámci komunitní energetiky lze využít různé obnovitelné zdroje energie, které nabízejí environmentálně šetrné a ekonomicky výhodné alternativy k fosilním palivům. Jedním z nejčastějších zdrojů je solární energie, kterou lze získávat prostřednictvím fotovoltaických panelů instalovaných na střechách domů, veřejných budovách nebo na volných plochách v rámci obce. Solární panely mají tu výhodu, že jsou flexibilní, škálovatelné.

Jaderná Energetika a OZE

Kombinace jaderné energetiky a obnovitelných zdrojů (OZE) je pro Česko jediným skutečně bezpečným scénářem. Obnovitelné zdroje podle něj mohou do budoucna pokrývat stále více nároků, zatím ale nejsou natolik stabilní, aby v zemích, jako je Česko, pokryly veškeré nároky. Předpoklady pro solární, větrnou, vodní nebo třeba geotermální energii nejsou v ČR zdaleka tak ideální, jako v některých jiných zemích.

Moderní Energetické Zdroje a Jejich Kombinace

Moderní energetické zdroje se svojí vysokou efektivitou vynikají zejména díky jejich kombinaci a vzájemnému doplňování. Fotovoltaické panely, větrné elektrárny a biomasa představují cenově výhodné nízkoemisní zdroje, zatímco plynová kogenerace slouží jako jejich spolehlivá záloha.

Fotovoltaika doplněná o akumulaci energie může firmám pomoci snížit náklady a zajistit část vlastní spotřeby. Pro maximální soběstačnost lze fotovoltaiku doplnit kogenerací, která umožňuje flexibilní provoz na základě aktuální výroby z obnovitelných zdrojů energie (OZE). Dalším významným prvkem energetického mixu jsou tepelná čerpadla. Klíčovou roli bude hrát kogenerace také v teplárenství, protože teplárenské sítě se změní z jednostranného toku energie na komplexní propojení různých obnovitelných zdrojů energie a odpadního tepla.

Kogenerace také poskytuje podpůrné služby provozovatelům soustav, což přispívá ke stabilitě energetické sítě. Další výhodou kogenerace je její schopnost fungovat i během výpadků energie, což je klíčové pro kritickou infrastrukturu, jako jsou nemocnice, důležité úřady nebo čistírny odpadních vod. Bezkonkurenční výhodou bezesporu je, že plynové technologie, včetně kogeneračních jednotek, dokáží efektivně využívat zelené plyny, jako je vodík a biometan, a přeměňovat je zpět na elektřinu a teplo.

Ostrovní Systémy a Soběstačnost

Ostrovní systémy představují model pro jednotlivé domácnosti nebo větší obytné celky, které jsou zcela nezávislé na vnější dodávce energií. Jednoduše řečeno si domácnost nebo obec energie sama vyrábí a stačí jimi pokrýt veškerou potřebu. Majitelé off-grid řešení sice nemusí trápit ceny energií, na druhou stranu pořízení takového fungujícího systému je pro jednotlivé domácnosti v našich podmínkách nesmírně nákladné.

tags: #obnovitelné #zdroje #energie #kombinace

Oblíbené příspěvky:

• Komunální odpad Nepomuk
• Udržitelné pohřbívání zvířat
• Inspirace pro svatbu v přírodním stylu
• Doktorské studium ekologie - státnice
• Komunální odpad Klášterec nad Ohří