Proměnlivá výroba elektřiny je označení pro výrobu elektřiny ze zdrojů, které jsou kolísavé vlivem počasí a ročního období. Tato elektřina je vyráběna z obnovitelných zdrojů jako je vítr nebo slunce, jejichž produkce kolísá v závislosti na počasí a denní době. Výroba z těchto zdrojů je kolísavá i mezi jednotlivými regiony Evropy a představuje komplikaci pro provoz evropské elektrizační soustavy.

Většina elektřiny ze solárních zdrojů se vyrábí v poměrně omezeném počtu hodin, převážně během teplejší části roku. Výroba z větrných zdrojů je limitována podmínkami v určitých regionech Evropy, jako například v Česku, sama nedokáže dlouhodobě a spolehlivě pokrýt spotřebu elektřiny v chladnějších měsících roku. Abychom dosáhli bezemisní energetiky v Evropě, není možné ji postavit jen na jednom zdroji energie. Je nutná jejich kombinace, která je navíc doplněna akumulací a spolehlivými záložními zdroji.

Evropská elektrická soustava Evropské státy jsou z velké části propojeny elektrickou soustavou, která umožňuje přenos elektřiny mezi jednotlivými zeměmi. Za přenos elektřiny do sítě napříč Evropou je odpovědná Evropská síť provozovatelů přenosových soustav elektřiny (ENTSO-E). Toto uskupení zaštiťuje 41 evropských provozovatelů elektroenergetických přenosových soustav ze 34 zemí. Jedním z jejich hlavních cílů je integrace obnovitelných zdrojů energie do energetických mixů členských zemí. S rostoucím počtem zapojených obnovitelných zdrojů se zvyšují tlaky na flexibilitu systému. Obnovitelné zdroje v systému vytváří značné komplikace. Přenosová soustava totiž čelí čím dál častějším přetížením. Roste množství elektřiny, zejména z obnovitelných zdrojů, pro kterou už nemívá soustava kapacitu. Výstavba obnovitelných zdrojů není doplněna stejně rychlým rozšiřováním a modernizací přenosových soustav. náhled V roce 2024 dosáhl podíl elektřiny z obnovitelných zdrojů v Evropě 45 %. Přibližně 18 % elektřiny pocházelo z větrných elektráren, zhruba 9 % ze solárních zdrojů a dalších asi 18 % z vodní energie. Součet výroby z větru a slunce byl nejvyšší v dubnu, téměř jedna třetina celkové produkce elektřiny. V ostatních měsících se jejich podíl většinou pohyboval kolem 25 %. V roce 2025 výroba z větru a slunce v EU poprvé přesáhla výrobu z fosilních zdrojů.

Sezónní proměnlivost výroby elektřiny Proměnlivost výroby elektřiny má sezónní průběh.

Solární elektrárny vyrábí energie nejvíce v letních měsících díky delší délce dne a vyšší intenzitě slunečního záření. Například v Česku se v období od dubna do září vyrobí téměř 70 % z celé roční výroby. Větrné elektrárny jsou převažujícím zdrojem v zimních měsících. V období od října do března se v Česku vyrobí cca 60 % z celkové roční výroby. Data o průměrné týdenní produkci elektřiny v EU v roce 2024 ukazují rozdílnou povahu fluktuace solární a větrné produkce. Využití solární energie je omezeno na denní světlo, nicméně její fluktuace je víceméně predikovatelná. Větrná energie je méně předvídatelná, nicméně nedochází k úplným propadům výroby jako tomu je v případě solárních elektráren v nočních hodinách.

Roční proměnlivost výroby elektřiny ze solárních zdrojů je výraznější než z větrných elektráren. V Česku v zimních měsících klesá výroba solární energie až na téměř čtvrtinu letní maximální produkce. Naproti tomu větrná výroba v létě obvykle klesá jen na asi polovinu výkonu dosaženého během nejproduktivnějších zimních měsíců. U větru ale zaznamenáváme vyšší meziroční proměnlivost jednotlivých měsíců.

Konkrétní data pro výrobu elektřiny v EU při srovnání dvou týdnů odlišných ročních období za rok 2024 (30. týden - červenec a 49. týden - prosinec) ukazují výrazný rozdíl v produkci solární a větrné energie. Viz tabulka níže: +Sezónní srovnání solární a větrné produkceZdroj energieLetní měsíc (22. 7. 13:00)Zimní měsíc (7. 12. 13:00)Solární elektrárny109,0 GW30,2 GWVětrné elektrárny37,7 GW95,7 GW Na fluktuaci se odráží také výroba z fosilních paliv, které musejí poptávku doplnit. V letním měsíci (červenec 2024) dochází k postupnému poklesu solární výroby s přicházejícím večerem a například výroba z fosilního plynu paralelně s klesající solární výrobou stoupala, aby doplnila chybějící výrobu. Právě plyn se stává večer dominantním zdrojem, hned po jádru, které je konstantní. Ve stejnou dobu stoupala také produkce z přečerpávacích vodních elektráren. +Nárust výkonu přečerpávací elektrárny v letním měsíci (27.7.2024)Zdroj energiePoledne (cca 12–13h)Večer (21:00)Nárůst výkonuPřečerpávací voda1,5 GW18,0 GW +16,5 GW Ve vybraném zimním měsíci (prosinec 2024) role ostatních zdrojů, zejména fosilního plynu vzrostla, jelikož musely pokrýt větší celkovou spotřebu. Absenci denní solární produkce také nahrazuje větrná, která oproti letnímu měsíci značně stoupá. Fosilní paliva, oproti letnímu měsíci, kdy k večeru pravidelně docházelo k prudšímu vzestupu výroby, v zimním měsíci nezaznamenávají podobně prudké vzestupy, ale spíše konzistentní výrobu v rámci celého dne. +Srovnání výroby z fosilního plynu v letním a zimním měsíciDatumVýkon ve 12:00Výkon ve 21:00Výkyv výroby22. 7. 202429,7 GW53,5 GWNárůst o 23,8 GW 9. 12. 202458,0 GW58,0 GWKonstantní

Vyrovnávání proměnlivé výroby V souvislosti s přechodem k čisté energii, kdy roste podíl proměnlivých obnovitelných zdrojů, které jsou citlivé na změny počasí, je nutné zvyšovat flexibilitu. To znamená, že elektroenergetický systém musí být schopný spolehlivě a efektivně řídit variabilitu a potenciální nestabilitu dodávek. Sezónní vyvažování zajišťuje zejména vodní energie, přičemž se předpokládá, že do roku 2050 si v Evropě zachová 40% podíl. K vyrovnávání proměnlivé výroby elektřiny může sloužit kombinace několika nástrojů:

Bateriová úložiště: Jedná se o decentralizovaný zdroj energie, který ukládá energii z obnovitelných zdrojů, když produkce převyšuje poptávku, a následně ji poskytuje pro vykrytí nadměrné poptávky nebo při výpadku. Bateriová úložiště také umožňují efektivní využití zdrojů, jelikož umožňují konstantní výrobu z jiných elektráren bez nutnosti neustále upravovat výkon

Řízení poptávky (Demand Side Management): Řízení poptávky je strategie, kterou využívají dodavatelé elektřiny k regulaci poptávky. Jedná se o plánování a monitorování činností distribučního systému a ovlivňování zákazníků, aby svou spotřebu upravovali. K tomu slouží finanční pobídky. Výsledkem je například dočasné snížení odběru při nedostatku výroby, nebo regulace vytápění a chlazení ve velkých budovách. Z využití této strategie plynou výhody jako je snížení nákladů, zvýšené využívání obnovitelných zdrojů energie a aktivní účast spotřebitelů.

Přeshraniční propojení sítí: Díky propojení sítí lze přenést elektřinu z oblastí, kde je jí dostatek do oblastí, kde je jí nedostatek. Tím se efektivně využijí všechny dostupné zdroje. K tomu slouží interkonektory, které propojují elektrické systémy napříč státy. Interkonektory poskytují flexibilitu například skrze vyvažování produkce z obnovitelných zdrojů a poptávky na dlouhé vzdálenosti prostřednictvím vysokonapěťového přenosového vedení. Tím je například HVDC (anglicky high-voltage direct current ), což je přenos elektřiny pomocí vysokého napětí stejnosměrného proudu. Tato metoda se používá u ostrovnich států pro propojení s kontinentální Evropou, jelikož HVDC umožňují přenos i pod vodou.

Tepelná čerpadla: Jedná se o elektrická zařízení sloužící jako flexibilní elektrická zátěž, která může spotřebovávat nadbytečnou elektřinu. Přeměňují energii z vnějších zdrojů na teplo, které lze využít k vytápění prostor nebo zásobování teplou vodou v budovách. Čerpadla mohou pomoci k dekarbonizace odvětví vytápění. Tato zařízení mají vysoké počáteční náklady, které jsou ale následně vyváženy úsporami v provozních a environmentálních nákladech.

Bioplyn: Například biomethan představuje stabilní zdroj obnovitelné elektřiny, který pomáhá vyvažovat elektrickou síť. Energie z biometanu může být vyráběna v obdobích nízké dodávky elektřiny ze sluneční a větrné energie, biometan může být i sezónně skladován stejně jako metan fosilní (tj. zemní plyn).

Budoucnost Se zvyšujícím se podílem proměnlivých zdrojů elektřiny se očekává zvýšený důraz na flexibilitu celé energetické soustavy.

Globální kapacita obnovitelné energie by se měla v letech 2025 až 2030 zvýšit o téměř 4 600 GW. Tento nárůst představuje dvojnásobek oproti předchozím pěti letům (2019–2024). Očekává se, že obnovitelné zdroje uspokojí přes 90 % globálního růstu poptávky po elektřině. Podíl obnovitelných zdrojů na celosvětové výrobě elektřiny by měl vzrůst z 32 % (v roce 2024) na 43 % do roku 2030. V Evropě se nejvíce zvyšuje podíl zdrojů solárních.

S rychlou expanzí zdrojů slunečních a větrných se stává čím dál běžnějším omezování výroby, kdy systém nemůže absorbovat veškerou generovanou energii. To má ale negativní ekonomické dopady.

Podle odhadů by v Evropě mohl objem elektřiny, kterou není možné kvůli omezené kapacitě přenosové soustavy bezpečně přenést, do roku 2030 dosáhnout 140 TWh. Je tedy potřeba výrazně zvýšit náklady na modernizaci sítí. Dále je také nutné počítat s růstem spotřeby elektřiny vzhledem k plánované elektrifikaci dopravního a jiných sektorů. Předpokládá se, že do roku 2030 vzroste spotřeba až o 60 %. Pro porovnání - v roce 2023 činila spotřeba na obyvatele 5,603 MWh. Pokud na to nebude síť připravena a nebude mít dostatečnou kapacitu, není reálné energii z obnovitelných zdrojů adekvátně využít.

Dalším problémem je vliv obnovitelných zdrojů na ceny elektřiny. Časté přebytky výroby elektřiny ze slunce či větru budou mít širší dopady i na konvenční technologie, které jsou zatím stále nezbytné pro zajištění stability elektrizační soustavy. Konvenční zdroje by přitom měly zůstat v provozu nebo alespoň v pohotovostním režimu, aby dokázaly vyplnit výpadky v době bezvětří či nízkého slunečního svitu.

Reference

Kategorie:Elektroenergetika