Student World

Během letošních prázdnin postihla Evropu taková řada významných výpadků dodávky elektrické energie, že již není možné nad tímto problémem přivírat oči. Šlo například o dva výpadky v Londýně během jediného týdne, o výpadek v severských zemích či o asi největší evropský výpadek v Itálii na konci září 2003.
Ačkoliv by se mohlo zdát, že celý problém je ryze technický, ukazuje se, že politický zásah do problému bude nezbytný. V čem je problém?

Problémem přenosová soustava
Podle vědců za výpadky stojí nejpravděpodobněji rozvodná síť (přenosová soustava), která není v Evropě koncipována pro novou situaci, kterou je prodej elektřiny přes hranice. Prostředí v Evropě (a ve velké míře i jinde) totiž nahrává jednoduchému principu obchodu – dodávat elektrickou energii z míst, kde jí je přebytek, do míst, kde jí je naopak nedostatek. Přitom nemusí jít o jen trvalý stav, může být i dočasný. Nedostatek se může projevit náhle v určité lokalitě a dnešní dohody provozovatelů energetických tras již umožňují v podstatě okamžitě na postižené místo převést část energetické kapacity z místa, které výpadkem postiženo nebylo.
To však představuje vysoké nároky na transportní síť, která tomu není přizpůsobena a při náhlé změně parametrů v síti není schopna nové transportní podmínky zvládnout, protože na to nebyla v době svého vzniku vůbec projektována. Výsledkem jsou různé stupně přetížení soustavy, ohrožení její stability a bezpečnosti a v konečném důsledku i možný fatální výpadek celé přenosové soustavy, respektive celého souboru přenosových soustav

Legislativa příkladem
Protože rozvodné podniky nejsou schopny se novým podmínkám samy přizpůsobit, je potřeba, aby určitým způsobem zasáhl stát. Například ve Spojených státech vznikla centrální administrativní jednotka pro dohled nad energetickými sítěmi, která má za úkol předcházet tak rozsáhlým výpadkům, jaké postihly východní pobřeží Severní Ameriky letos v létě.
Ani Evropa nechce zůstat pozadu. Ta stanoví pravidla pro investice do přenosu a distribuce energie za účelem zvýšení spolehlivosti – tato pravidla by měla přinést tolik kýžené peníze. Zvýšit by se také měla kapacita vzájemného propojení soustav, která může zabránit větším výpadkům. Výměnná kapacita mezi zeměmi EU bude podle předpokladů zvýšena z dnešních asi 7 % na 20 % v roce 2010, což má být i cílový stav. Například Evropská komise hodlá vydat do konce tohoto roku směrnice týkající se bezpečnosti dodávek elektrické energie. Rovněž stanoví seznam takzvaných prioritních projektů na vzájemné propojení evropských rozvodů elektřiny a plynu. Jednotliví členové EU mají rovněž definovat role a odpovědnosti pro různé subjekty působící na trhu a stanovit jejich závazky a záložní kapacity.

Nutná změna technologie
Spolu s legislativní a politickou podporou je třeba inovovat i technologii přenosových soustav. Otevření trhu s elektřinou totiž znamená, že elektřina je transportována přes hranice, což bylo před několika lety ještě nemyslitelné a projektanti s tím nepočítali. Kritické je zejména obchodování na dlouhé vzdálenosti, což přináší nestabilitu hned do několika přenosových soustav. Například Česká republika, která má podle odborníků přenosovou soustavu postavenou na celkem vysoké úrovni, slouží nejen k přenosu přebytečné elektrické energie do sousedních států, jako je Německo či Rakousko, ale slouží i jako tranzitní přenosové médium pro prodej elektřiny z některých východoevropských zemí do zemí západní Evropy. Při řešení transportu elektrické energie je také třeba brát v úvahu stav rozvodné soustavy v cílové zemi – není například České republice nic platná kvalitní rozvodná síť, pokud odběratel není schopen kvalitativní parametry soustavy dodržet i u sebe.
V současné době v rozvodných sítích výrazně převažuje technologie přenosu elektrické energie prostřednictvím střídavého proudu. Při této konfiguraci existují tři základní metody, jak výrazně zvýšit bezpečnost dodávky elektrické energie:
· Úprava existujících rozvodů tak, aby byly schopny přenášet větší kapacitu elektrické energie.
· Použít novou kabeláž, zejména tu, která vede pod zemí, a která tak může nabídnout vyšší kapacitu přenosu
· Na dlouhé vzdálenosti použít elektronické systémy přenosu energie pomocí stejnosměrného napětí – HVDC (High Voltage Direct Current).
Právě do posledně jmenované metody vkládají své očekávání odborníci ze společnosti ABB. Podle nich technologie HVDC nabízejí hned několik významných výhod: mají kontrolu přetížení, vyšší spolehlivost a navíc, což je velmi důležité, usnadňují obchod s energií napříč rozvodnými sítěmi.

Principy HVDC
Základním posláním technologie HVDC, jež spatřila světlo světa zhruba před 15 lety, je přenášet elektrickou energii na dlouhou vzdálenost (od 300 do 1 400 km) pomocí visutých transportních systémů anebo prostřednictvím podmořských kabelů. Také se využívá pro propojení energetických systémů, kde to není tradičním způsobem (střídavým proudem) možné, například kvůli rozdílné frekvenci nebo napětí. Firma ABB vyvinula ještě odlehčenou verzi HVDC, tedy HVDC Light, která slouží pro malé a středně velké přenosy elektrické energie.
Princip spočívá v tom, že energie je přebírána v jednom bodě třífázového rozvodu, usměrněna v převodníkové stanici, přenesena přes kabelové rozvody do převodníkové stanice příjemce, kde zpětně nabude trojfázové podoby a dostane se do střídavé sítě odběratele. Standardně se pomocí HVDC přenáší od 100 MW, nejčastěji je to však 1 000–3 000 MW (verze Light může pracovat od desítek do 333 MW).
Síť postavená na bázi HVDC může být dokonce jednokabelová – po jediném kabelu je přenášen elektrický proud, zatímco druhý vodič je nahrazen zemí. Tak ale lze přenášet energii maximálně do hodnoty 1 500 MW. Bipolární systém předpokládá, že energie je přenášena přes dva vodiče, z nichž jeden má kladnou úroveň elektrického napětí, zatímco druhý zápornou.
V budoucnu zřejmě technologie HVDC nabídne ještě řadu vylepšení. Předpokládá se, že spolehlivost bude zvýšena přechodem na vyšší napětí, a to okolo 800 kV. Toto napětí však zatím příliš populární není, neboť řada odběratelů požaduje napětí nižší než 500-600 kV. Většího užití se dočkají i DC filtry, které eliminují nechtěný frekvenční šum.

Závěrem
Jak se tedy ukazuje, zřejmě nemusí být příliš daleko doba, kdy dálkové přenosové trasy změní dosavadní střídavý proud na proud stejnosměrný. Kvůli tomu by mohla vzniknout i nová kategorie firem, takzvaní Nezávislí poskytovatelé přenosu energie (Independent Transmission Providers), kteří by za úplatu mezi státy energii spolehlivě přenášeli. Pro ty by byla zkrácení doby přenosu energie natolik závažné, že by byli ochotni investovat do vyspělých stejnosměrných systémů.
Uvedená změna by asi přišla přece jen levněji než škody, které přinesou stále častější výpadky elektrické energie v průmyslově vyspělých zemích.

Toky elektrické energie v Evropě
Zdroj: ABB

autor Pavel Louda