Jak řešit nestabilitu obnovitelných zdrojů

Jednou z klíčových podmínek úspěšného přechodu na bezuhlíkovou energetiku, jak si ji přeje EU, je vyřešení problému s nestabilitou obnovitelných zdrojů (pro svou nestabilitu někdy posměšně nazývaných „občasné zdroje energie“). Tlak na řešení nestabilit v sítích v blízké budoucnosti enormně poroste. Výzkumná společnost BloombergNEF (BNEF) předpokládá, že v celé Evropě se větrná a solární energie do roku 2030 přiblíží 60 % celkové výroby elektřiny. Podle poslední zprávy IEA (Světová energetická agentura) bude obnovitelná energie do roku 2026 představovat téměř 95 % nárůstu energetické kapacity ve světě, přičemž solární energie poskytne více než polovinu toho růstu. Ve světě se testuje řada řešení nestability obnovitelných zdrojů energie, od nejrůznějších systémů ukládání přebytečné energie, přes využití obřích datových center jako flexibilních záložních zdrojů či „hlídačů“ frekvence, až po zpřesňování předpovědí slunečního svitu.

Hledání nových forem flexibility, pružnosti energetických systémů, je klíčem ke spolehlivosti systémů s převahou obnovitelných zdrojů. Bez možností skladování elektřiny, chytrého řízení nabíjení elektrických vozidel a interkonekcí zůstanou energetické systémy závislé na záložních zdrojích na fosilní paliva. 

Datová centra na pomoc 

Obří datová centra, jejichž havárie by mohly způsobit ochromení nejen počítačových sítí, ale i globální ekonomiky, jsou životně závislá na spolehlivé a nepřetržité dodávce elektřiny. Jsou proto vybavena mnohonásobně jištěnými systémy záložního zásobování a přepínání zátěže, zahrnujícími takzvané UPS (Uninterruptible Power Systems) zdroje nepřerušovaného napájení, záložní bateriové systémy i dieselové generátory elektřiny. 

Datová centra o výkonu osmi Temelínů 

Podle studie renomované výzkumné společnosti BNEF z října loňského roku dosáhne celková energetická flexibilita velkých datových center ve Spojeném království, Německu, Irsku, Norsku a Nizozemsku v roce 2030 hodnotu až 16,9 GW, což odpovídá výkonu osmi elektráren velikosti českého Temelína. Datová centra jsou tak svým výpočetním výkonem, fyzickou infrastrukturou a obrovskou kapacitou úložišť z hlediska stability energetické soustavy srovnatelná s inteligentními mikrosítěmi. 

Studie existují, provozovatelé váhají 

Podle nové studie výzkumníků z BloombergNEF (BNEF) by tato zařízení mohla do roku 2030 poskytnout v uvedených zemích téměř 4 GW flexibilního výkonu pro zajišťování stability v elektrizační soustavě. Podle BNEF by tato datová centra mohla začít poskytovat také rychlou frekvenční odezvu (FFR) pro udržování stability v národních sítích. Jejich kapacita je podle studie dostatečná, aby pokryla veškeré potřeby FFR, a někteří operátoři datových center už dnes začali experimentovat s poskytováním takových služeb pomocí svých systémů UPS. Studie ovšem zároveň upozorňuje, že provozovatelé center zatím nemají dostatek znalostí a zkušeností, a proto s větším nasazením váhají. Nedůvěru by mohly prolomit transparentní dohody mezi zákazníky, síťovými operátory a provozovateli. Studie podtrhuje potřebu dohody nejen mezi operátory datových center a jejich uživateli, ale i s dodavateli energie a regulátory. Michael Kenefick, vedoucí autor studie BNEF, říká: „Datacentra mohou být součástí řešení, aby Evropa mohla stavět více OZE. Datacentra mají možnost využívat nejen zmíněné UPS, ale záložní generátory, záložní baterie a měnit v čase své zatížení, čímž mohou v budoucnosti pomáhat se stabilitou elektrické sítě.“ 

UPS systémy jsou nejslibnějším zdrojem flexibility 

Jsou založené na bateriových technologiích, instalované univerzálně ve všech data centrech, a obzvlášť dobře přizpůsobené udržovat stabilní frekvenci. Ve Spojeném království, Irsku a Norsku je jich již více než dost. Není však zatím dostatek know-how a operátoři center nevidí žádné benefity v poskytování služeb flexibility. Z toho důvodu BNEF odhaduje, že do r. 2030 by se dalo pro tyto účely využít jen 3.8 GW což odpovídá 1.7 % očekávaného špičkového zatížení na pěti zmíněných evropských trzích.

Předpovědi nestability OZE 

Zajímavou cestou k řešení nestability obnovitelných zdrojů jsou i nové předpovědní modely, které zpřesňují odhad výroby fotovoltaických elektráren v závislosti na oblačnosti. 

Britský National Grid Electricity System Operator a Open Climate Fix vyvíjejí systém Nowcasting, který by díky datům ze satelitů a dalších zdrojů a s využitím strojového učení měl umět velice přesně předpovídat vývoj oblačnosti v nejbližších minutách a hodinách. Další britská společnost, National Grid ESO, která provozuje síť vysokého napětí, oznámila, že díky podobnému systému zvýšila přesnost svých předpovědí slunečního svitu o 33 % a její nejnovější projekt Open Climate Fix by měl předpovídat i krátkodobé výkyvy ve výrobě sluneční energie způsobené lokálním vývojem oblačnosti. 

Do podobného projektu se pustila také maďarská energetická společnost MET Group ve spolupráci s IT společností Navitasoft. Projekt kombinuje ukládání energie a optimalizovaný automatizovaný digitální algoritmus, který by měl být schopen stabilizovat přerušovanou výrobu elektřiny. Součástí je úložiště s kapacitou téměř 4 MW s dvouhodinovou periodou v areálu elektrárny Dunamenti v Százhalombatta. V Maďarsku v současné době obnovitelné zdroje energie v určitých obdobích zajišťují až čtvrtinu výroby elektřiny.

 Zdroje:

https://www.eaton.com/gb/en-gb/company/news-insights/news-releases/2021/BNEF-study-highlights-critical-role-for-data-centres-in-enabling-renewables.html

https://www.smart-energy.com/industry-sectors/energy-grid-management/national-grid-looks-to-ai-to-improve-solar-forecasting-in-uk/

 https://ceenergynews.com/innovation/when-the-sun-doesnt-shine-and-the-wind-doesnt-blow-consortium-launches-new-digital-solution/

 https://www.reuters.com/business/sustainable-business/rising-sun-renewables-dominate-new-power-capacity-through-2026-iea-2021-12-01/

 https://about.bnef.com/blog/data-centers-set-to-double-their-power-demand-in-europe-could-play-critical-role-in-enabling-more-renewable-energy/

 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360319917300083

 https://www.iea.org/news/renewable-electricity-growth-is-accelerating-faster-than-ever-worldwide-supporting-the-emergence-of-the-new-global-energy-economy

 https://bbj.hu/economy/energy/green-energy/met-group-navitasoft-dunamenti-partner-on-randd-project