Budoucnost energetiky je v hybridních elektrárnách
Agrivoltaika, větrné turbíny nad solárními panely nebo bioplynové stanice. Podle analytika Oldřicha Sklenáře je budoucnost kombinace zdrojů na jednom místě.
Kristýna Čermáková
24. 5. 2024
Energetici v mnohých zemích stojí před výzvou jak integrovat proměnlivou výrobu z obnovitelných zdrojů energie (OZE) do stávající energetické soustavy. Polsko, kde výroba z OZE v posledních letech zažívá nebývalý růst, ukazuje možný způsob, jak si s tímto problémem poradit.
Za posledních deset let se polská produkce z fotovoltaických a větrných elektráren zvýšila více než šestinásobně. V loňském roce dokonce zdejší OZE poprvé překonaly výrobu elektřiny z hnědého uhlí a do roku 2040 z nich má pocházet většina vyrobené elektřiny v zemi.
Pro naplnění tohoto cíle v Polsku hledají nové cesty jak usnadnit integraci těchto zdrojů do elektrizační soustavy. Jednou z novinek je vloni přijatá legislativní úprava umožňující sdílení připojovacích míst. Jejím cílem je snížit nadměrnou zátěž distribučních a přenosových sítí.
V praxi to vypadá tak, že v rámci jednoho připojovacího místa je připojeno více různých OZE s odlišným výkonovým profilem. Tyto zdroje, rozšířené o systémy ukládání energie, jsou kombinovány tak, aby se vzájemně doplňovaly. Výsledkem jsou stabilnější dodávky do sítě a lepší využití existující infrastruktury.
První takovou hybridní elektrárnou je pilotní projekt "Gaj Oławski 5 AHE". Elektrárna je v tomto případě tvořena kombinací agrivoltaiky a větrných turbín.
Agrivoltaická instalace se skládá z bifaciálních panelů o celkovém výkonu 9,3 megawattů Jejich oboustranné provedení umožňuje využít energii z rozptýleného světla, odrážejícího se od zemského povrchu. Panely jsou umístěny ve výšce 6 metrů tak, aby pod nimi byl umožněn pohyb zemědělské techniky.
Součástí instalace je i systém sběru dešťové vody. Ta je po filtraci využita pro výrobu zeleného vodíku, k čemuž slouží 5 megawattový elektrolyzér produkující 90 kilogramů vodíku za hodinu. Poté, co projde elektrolyzérem, je voda shromažďována v další retenční nádrži. V létě je využita pro závlahu pěstovaných plodin, v zimě při teplotách pod nulou se z ní vyrábí sníh poskytující ochranu ozimým rostlinám.
Větrná farma je tvořena několika většími a řadou menších vertikálních turbín o úhrnném výkonu více než 11 megawattů. Ke skladování vyrobené energie slouží kromě zmíněného elektrolyzéru dvě bateriová úložiště, každé o kapacitě 1,9 megawatthodin
Vyráběný vodík, stejně jako odpadní teplo vznikající při jeho výrobě, je využíván v provozech společnosti Promet-Plast umístěných v rámci stejného areálu jako zmíněná hybridní elektrárna. Tato společnost je také iniciátorem celého projektu.
Foto: Provoz zemědělské techniky pod zkušební agrivoltaickou instalací. Fotovoltaické panely jsou v tomto případě umístěny na otočné konstrukci se solárním trackováním.
Výše uvedená kombinace větrných turbín a agrivoltaiky se současně vyznačuje minimálním půdním záborem. Plocha nevyužitelná pro jiné účely je v tomto případě zanedbatelná. Nejdůležitější výhodou ale zůstává nižší zatížení elektrizační soustavy. Tato vlastnost je zásadní z pohledu budoucích investic do energetické infrastruktury.
Gaj Oławski 5 AHE (Agro-Hydro-Energy) je součástí rostoucího energetického klastru, který kromě dalších OZE zahrnuje bateriovou akumulaci o celkové kapacitě 12 Megawatthodin a metanovou i vodíkovou trigeneraci. Flexibilita tohoto systému mimo jiné umožňuje obchodování vyrobené elektřiny na mezidenním (day-ahead) trhu.
Decentralizované hybridní elektrárny umístěné v blízkosti místa spotřeby obecně znamenají také nižší přenosové ztráty v porovnání s centralizovanou energetikou, vyšší odolnost vůči blackoutům a v neposlední řadě také zvýšenou resilienci v případě ozbrojeného konfliktu, jak ukazují současné zkušenosti z Ukrajiny.
Mimo popsanou kombinaci zdrojů se nabízí například i spojení s bioplynovými stanicemi. Ty mohou být optimalizovány namísto dnes obvyklého provozu v režimu základního zatížení na diskontinuální zátěž se zvýšeným výkonem tak, aby mohly vyrovnávat proměnlivou výrobu ostatních OZE.
Obdobným způsobem lze přistupovat i k teplárenským provozům. Příkladem může být instalace z dánského Ørumu. Ta je tvořena kombinací více než 6000 m2 fototermických kolektorů, akumulační nádrží o objemu 400 m3, tepelným čerpadlem vzduch-voda o výkonu 2,5 megawattů, dvěma kogeneračními jednotkami o výkonu 1 megawattů a špičkovým kotlem o výkonu 5 megawattů.
Tepelné čerpadlo v tomto případě pomáhá optimalizovat provozní teplotu solárního systému během měsíců s nízkým slunečním svitem, čímž přispívá k jeho vyšší účinnosti. Celý systém může v době vysokých cen vyrábět elektřinu a teplo pomocí kogeneračních jednotek, nebo naopak využívat levné přebytky pro napájení tepelného čerpadla.
Flexibilitu dodávek tepla zajišťuje akumulace do horké vody. Z technologického hlediska lze ale ukládání tepla řešit i jinak. Například ve finském městě Pornainen vzniká písková termální baterie s kapacitou 100 megawatthodin. Baterie ve tvaru válce o průměru 15 a výšce 13 metrů má pojmout dostatek tepla pro zimní vytápění 5 tisícové obce po dobu celého týdne.
Nezbývá než dodat že podobné hybridní instalace umožňující synergické využití různých zdrojů by usnadnily přechod na nízkouhlíkovou ekonomiku i u nás.
Autorem textu je analytik AMO Oldřich Sklenář
Úvodní foto Unsplash