Vodík ve službách výkonové rovnováhy

S rostoucím podílem elektřiny z obnovitelných zdrojů se zvyšují i požadavky na zajištění stability elektrizační soustavy a její řízení. Tu doposud ve velké míře zajišťovaly uhelné elektrárny a další fosilní zdroje. S jejich plánovaným odstavením je potřeba hledat nové cesty a inovativní řešení. Výhoda akumulace energie do vodíku spočívá v možnosti využít jej pro uchování energie po dlouhou dobu, tedy například od léta do zimy.

Schopnost dlouhodobé akumulace

Vodík vzniká v elektrolyzéru a k jeho výrobě potřebujeme elektrickou energii a vodu. V letních měsících, kdy fotovoltaické elektrárny dokážou vyrobit více elektrické energie, než spotřebujeme, může běžet výroba vodíku na plné obrátky. V zimě by pak mohl vodík nahradit zemní plyn a posloužit k výrobě tepla nebo elektřiny. Otázkou, kterou je třeba ještě dořešit, zůstává efektivní skladování vodíku.

„Výroba vodíku se stává významnou technologickou alternativou pro budoucí sezonní ukládání elektrické energie, kterou umíme vyrobit obnovitelnými zdroji (OZE), ale ne vždy v období, kdy ji zároveň dokážeme spotřebovat. Vodík by v tomto ohledu mohl výrazně pomoci,“ konstatuje Martin Panáč, manažer inovativních projektů Siemens Smart Infrastructure.

V Česku v nabídce OZE hrají významnou roli fotovoltaické elektrárny. Tolik potřebné větrné a možná i přečerpávací elektrárny, které by napomohly v zimním období, se bohužel zatím nedaří realizovat. I proto je využití vodíku možnou cestou jak pro dlouhodobou akumulaci energie, tak k balancování elektrizační soustavy.

„S ohledem na naši geografickou polohu nemáme zatím pro zimní období jinou alternativu než využívat zemní plyn s postupným růstem podílu vodíku, jehož cena by měla klesat právě díky využívání ‚levných přebytků‘ elektrické energie pro jeho výrobu. Budoucnost mají také technologie založené na využívání biometanu, jehož úloha v energetice bude stále významnější,“ říká Martin Panáč.

Princip technologické neutrality

Podle společnosti ČEPS, která v Česku odpovídá za přenosovou soustavu, jsou dnes do služeb výkonové rovnováhy zapojeny uhelné, plynové, vodní i další elektrárny, ale také výrazně menší decentralizovaná zařízení sdružená do agregačních bloků. „Jde například o malé kogenerační jednotky, bateriové systémy, elektrokotle, dieselové agregáty a stále častěji se do řešení výkonové rovnováhy aktivně zapojují i sami odběratelé elektrické energie. Zastáváme princip technologické neutrality, tedy jakékoliv zařízení, které buď samostatně, nebo formou zapojení do agregačního bloku je schopno přispět do trhu s podpůrnými službami, je vítáno,“ říká Martin Kašák, ředitel sekce Energetický trh společnosti ČEPS.

ČEPS nepreferuje žádné technologie, vždy jde o splnění parametrů konkrétní služby. „Pokud elektrolyzéry pro výrobu zeleného vodíku splní podmínky jednotlivých služeb, budeme rádi, když se do trhu služeb výkonové rovnováhy tato zařízení zapojí,“ konstatuje Martin Kašák.

V současnosti experti zvažují vhodné typy úložišť, ve kterých by bylo možné držet zásoby vodíku po delší dobu. Jednou z možností je skladovat ho přímo v místě výroby. Další zvažovanou alternativou jsou existující strategické zásobníky na zemní plyn a uzpůsobení části z nich ke skladování vodíku.

„V Rakousku se chystá ukládání vodíku do podzemních prostor. Jsou to například kaverny, ve kterých byl zemní plyn. Ten je už vytěžený a vzniklo tam volné místo. Podloží je velmi stabilní a zatěsněné, v podstatě funguje jako podzemní konzerva. Zemní plyn tam byl tisíce let, a proto není třeba se obávat ani ztráty vodíku,“ vysvětluje Martin Panáč.

Vodíková energetika – příklad z praxe

První projekty „vodíkové energetiky“ už v Česku vznikají. Jednak jde o výstavbu samotných elektrolyzérů, jednak vznikají energetická centra, která dopředu počítají s výrobou a využitím vodíku. Řeč je například o unikátním hybridním zdroji energie Energy nest ve Vraňanech u Mělníka, který zahájil provoz během letních měsíců. Investorem je energetická skupina Decci, novou technologii implementoval Siemens, který se na realizaci podílel jako generální dodavatel.

V současnosti je to největší bateriové úložiště na území Česka co do instalovaného výkonu, který činí 20 MW, s kapacitou 22 MWh. Jde o hybridní energetické centrum, jedno z prvních svého druhu ve střední a východní Evropě. Sloužit bude především jako zdroj podpůrných služeb výkonové rovnováhy pro stabilizaci nejen české elektrizační soustavy.

Součástí projektu je šest plynových turbín, každá o výkonu 5,4 MW. V současnosti jsou poháněny zemním plynem, do budoucna se však počítá s jejich napojením na zdroj bezemisního vodíku. Ten by se měl vyrábět přímo v areálu energocentra, a to s využitím energie z nedaleké fotovoltaické elektrárny. Technologie centra je také připravena odčerpávat přebytky elektrické energie z jiných OZE zdrojů.

Hybridní zdroj kombinuje celkem šest plynových turbín s největším bateriovým úložištěm. Turbíny mají minimální reakční dobu a dokážou najet ze studeného stavu na plný výkon do dvou minut. Bateriové úložiště dodává výkon během jejich startu a optimalizuje jejich provozní diagram. Technologie se tak navzájem doplňují a kompenzují své slabé stránky.

V současném stavu dokáže dodávat regulační výkon 32,4 MW. V budoucnu se plánuje rozšíření služeb výkonové rovnováhy až na 52,4 MW.

Od prvotní myšlenky po integraci

Díky velkému rozsahu technologií, které Siemens používá na celém světě, disponuje firma rozsáhlým know‑how z reálných i pilotních projektů. Technologie pro služby výkonové rovnováhy tak dokáže navrhnout, vyprojektovat, integrovat a uvést do provozu. Má také zkušenost s efektivním řízením s důrazem na kybernetickou bezpečnost.

„Nejdůležitější je začátek projektu, kdy je potřeba připravit technické řešení na míru a vytvořit koncept, jak by technologie měla vypadat. Zásadní je prvotní nápad a jeho optimalizace včetně veškerých výpočtů, v tom máme velmi silnou kompetenci,“ říká Martin Panáč. Dalším krokem je výběr vhodné technologie, dále pak integrace a dodání řídicí vrstvy. Ta rozhoduje o tom, zda technologie bude dělat přesně to, co bylo v prvním kroku navrženo.

„Při realizaci klademe důraz na ekonomickou optimalizaci s přihlédnutím k dané lokalitě a záměru investora tak, aby projekt umožnil rychlou návratnost a dlouhodobou udržitelnost. V praxi to znamená nejen výběr vhodných technologií a optimalizaci provozu, ale i rychlou výstavbu. Bedlivě sledujeme také otázky finanční náročnosti při provozu, aby byl projekt pro zákazníka ekonomicky přínosný,“ shrnuje Martin Panáč.

Prioritou je bezpečnost

Vzhledem k tomu, že služba výkonové rovnováhy patří do kritické infrastruktury, otázka bezpečnosti je naprosto klíčová. Jde jak o ochranu majetku před vniknutím a fyzickým poškozením, tak o ochranu kybernetickou. Doménou Siemensu je také požární zabezpečení objektů i technologií.

„Umíme všechna tato řešení dodat tak, aby fungovala na stávajících IT systémech zákazníka. Zkušenost máme také se zabezpečením směrem k ČEPS – tedy propojení všech systémů při udržení nejvyšších standardů kyberbezpečnosti,“ dodává Martin Panáč.