Nový hybridní zdroj ve Vraňanech významně přispěje ke stabilitě dodávek elektřiny

ABSTRACT: In Vraňany, Central Bohemia, a new type of power plant was launched in July 2024. The 32.4 MW SCGT supplemented by a 20 MW battery storage with a capacity of 22 MWh will be providing electricity balancing services.

UHELNÉ ELEKTRÁRNY POMALU KONČÍ

Trendy v dekarbonizaci evropské energetiky směřují k postupnému odstavení uhelných elektráren a masivnímu nárustu instalovaného výkonu a výroby elektráren založených na obnovitelných zdrojích (OZE). V ČR z OZE převažují fotovoltaické elektrárny, jejichž výroba je citelně závislá na povětrnostních podmínkách (zejména osvitu) a délce dne. Také jejich schopnost garantovat dodávku domluveného diagramu je složitá až nemožná a bez instalace baterie je regulace omezena na režim „zapnuto/vypnuto“.

Dnes většinu regulačních služeb pro provozovatele přenosové soustavy (dále označované jako služby výkonové rovnováhy, SVR) zajišťují uhelné elektrárny, jejichž úbytek přinese citelný pokles výkonu a dostupnosti těchto služeb. Některé evropské země si s Evropskou komisí vyjednaly tzv. kapacitní mechanismy, které umožňují placení provozovatelům uhelných elektráren za pohotovost najetí elektrárny do určitého počtu dní.

Česká republika takovou výjimku vyjednanou nemá, takže nikdo nebude mít zájem provozovat uhelné zdroje v situaci, kdy cena emisních povolenek bude vysoká a na trhu budou dostupné levnější zdroje. Provozovatelům pak nezbude nic jiného, než takové zdroje zavřít a ukončit jejich provoz. V horizontu nadcházejících několika let tak bude potřeba nahradit stovky megawattů výkonu, které jsou potřeba pro poskytování SVR.

Zdroj: DECCI

PRUŽNÉ ZDROJE A JEJICH MOŽNOSTI

Po vyřazení uhelných elektráren budou muset být SVR poskytovány jinými pružnými zdroji. Mezi ně se řadí zejména rychle startující plynové zdroje, akumulační či přečerpávací vodní elektrárny a v neposlední řadě i „virtuální bloky“ seskládané z menších zdrojů či spotřeb, sdružených pod agregátorem. Nové vodní elektrárny se však budou stavět vcelku komplikovaně, v případě agregátorů pak bude poměrně náročné seskupit a řídit řadu malých zdrojů tak, aby dohromady poskytovaly výkon alespoň 1 MW. Rostoucí role tak připadne bateriovým úložištím, která budou postupně ukotvována do legislativy, čímž jejich nasazení dostane širší rozměr, než jaký má dnes.

Je tedy nasnadě věnovat se plynovým zdrojům. Takových plynových zdrojů, které by dodávaly elektřinu do veřejné sítě, máme v ČR málo. Větší význam mají jen tři stávající a některé zvažované/budované paroplynové cykly, jejichž provoz je ale podmíněn odběrem tepla, bez nějž pozbývá ekonomického smyslu. Proto se pro služby výkonové rovnováhy využívají relativně málo.

Tím správným plynovým zdrojem pro rychlou reakci na požadované najetí výkonu jsou tudíž plynové turbíny pracující v otevřeném cyklu (Single Cycle Gas Turbine, SCGT), kterých však máme v ČR zatím jako šafránu (Kladno, Prostějov). I proto vzbudilo rozruch spuštění první domácí SCGT doplněné o bateriové úložiště, k němuž došlo počátkem července tohoto roku ve středočeských Vraňanech u Mělníka.

VRAŇANSKÝ ENERGY NEST

Hybridní zdroj Energy nest stojí v těsném sousedství rozvodny 110/22 kV, vlastněné společností ČEZ Distribuce, a je postaven na kombinaci šesti spalovacích turbín s celkovým výkonem 32,4 MW, technicky odvozených od leteckých motorů, a bateriového úložiště, které je s výkonem 20 MW a kapacitou 22 MWh největší v České republice. Zdroj je v současnosti schopen poskytnout jakoukoliv kombinaci SVR, jmenovitě zálohy pro automatickou regulaci frekvence (FCR), zálohy pro regulaci výkonové rovnováhy s automatickou aktivací (aFRR+) nebo zálohy pro regulaci výkonové rovnováhy s manuální aktivací (mFRR+), až do celkového výkonu 30 MW. V budoucnu se plánuje rozšíření služeb výkonové rovnováhy až na 52,4 MW, a to za využití stávajících technologií.

Zdroj postavila skupina Decci a jeho rea­lizace trvala 4 roky, přičemž samotná výstavba zabrala o něco více než jeden rok, což je na domácí poměry velmi přijatelná doba. Potenciál jeho modulárního charakteru pro budoucí růst popisuje Darina Merdassi, ředitelka skupiny Decci, a.s., a členka představenstva E.nest Energy, a.s.: „Energy nest byl navržen tak, aby bylo možné v případě potřeby navýšit jeho kapacitu či ho jednoduše rozšířit o další komponenty (např. baterie, turbíny, elektrolyzér na vodík). Jedná se o modulární a škálovatelné řešení. Zdroj je umístěn na pozemku o rozloze 1 ha, vlastní kontejnerové provedení zabírá plochu 350 m². Zároveň vykazuje špičkové parametry dostupnosti a spolehlivosti. V budoucnosti se počítá i s možností výroby zeleného vodíku.“

Hybridní zdroj Energy nest se skládá z plynových turbín o celkovém instalovaném výkonu 32,4 MW a bateriového úložiště o celkovém výkonu 20 MW a kapacitě 22 MWh. Plynová elektrárna je sestavena ze šesti plynových aeroderivativních turbín o výkonu 5,4 MW, které mohou spalovat také vodík v až 30% směsi se zemním plynem. Každá jednotlivá turbína, ale i všechny najednou jsou schopné najet do plného výkonu do 2 minut. Díky tomu může plynový zdroj dodávat služby výkonové rovnováhy aFRR+ (dříve označované jako kladná sekundární regulace) a mFRR+ (kladná terciální regulace) až do výkonu 30 MW.

Baterie se skládá ze sedmi samostatných bateriových jednotek v kontejneru s vlastním střídačem. Baterie dokáží reagovat do 2 sekund, díky čemuž mohou poskytovat službu FCR (primární regulace frekvence). Baterie lze nabíjet a vybíjet výkonem až 1C (výkon 1C znamená, že se baterie o výkonu 1 MW a kapacitě 1 MWh ze stavu úplného vybití zcela nabije za 1 hodinu, pozn. red.).

GENERÁLNÍM DODAVATELEM BYL SIEMENS

Práce v areálu o celkové rozloze 1 ha se zastavěnou plochou 350 m² trvaly 14 měsíců a ze strany společnosti Siemens jako generálního dodavatele se do nich zapojily desítky odborníků. Kompletní technologii plynových turbín dodala společnost Centrax, samotné turbíny jsou od výrobce Siemens Energy. Baterie a výkonovou elektroniku dodala společnost SMA Altenso GmbH.

Sofistikovaná koncepce zaručuje, že při výpadku jedné bateriové jednotky nedochází k výpadku celého bateriového úložiště. Řídicí systém z dílny Siemensu umožňuje zpracovávat více než 10 000 datových bodů z celého areálu různými komunikačními protokoly a zajišťuje přenos informací na nadřazené systémy přenosu a distribuce energie, provozované společnostmi ČEPS, ČEZ Distribuce a NET4GAS. Robustnost řídícího systému je zajištěna redundantním uspořádáním klíčových jednotek, které zaručuje vysokou míru spolehlivosti. V řídicím systému jsou integrovány algoritmy pro automatické řízení všech technologií jako jednoho celku tak, aby celkový výkon Energy nestu splňoval podmínky pro připojení do distribuční soustavy a kvalitativní kritéria pro poskytování služeb výkonové rovnováhy. Řízení všech komponent je koncipováno autonomně a bezobslužně a optimalizováno pro minimalizaci provozních nákladů. Zároveň zajišťuje, aby byly veškeré technologie využívány rovnoměrně, s ohledem na jejich výkonové zatěžování a opotřebení.

Na adaptaci řídicího systému pro domácí tržní prostředí pracoval tým odborníků z Českého ústavu informatiky, robotiky a kybernetiky na Českém vysokém učení technickém v Praze pod vedením Ondřeje Mamuly. Ten k projektu uvedl: „Vývoj byl realizován kompletně na míru, podle potřeb zadavatele. Vývoj základních principů řízení byl podpořen Technologickou agenturou ČR a spolupracovaly na něm dva týmy. Pro ověření algoritmu jsme vyvinuli digitální dvojče, čímž jsme investorovi uspořili nemalé prostředky za testy, přičemž některé testy by v reálu ani nebyly proveditelné.”

Ve Vraňanech jsou využity turbíny typu SGT-A05 KB7HE ULE (Ultra Low Emissions), na řešení se podíleli výrobce turbín Siemens Energy a společnost Centrax

Zdroj: Siemens Energy

TŘI ČTVRTINY INVESTICE FORMOU ÚVĚRU

Projekt s celkovou investicí přesahující 1 miliardu korun byl částečně financován z vlastních zdrojů skupiny Decci, 750 milionů však zajistil úvěr ve formě tzv. klubového financování od České spořitelny a Komerční banky. Z vyjádření obou bank vyplynulo, že proces byl složitý – jednání o financování trvala přes rok – nicméně profesionálně zvládnutý ze strany jak bank, tak investora. Financovat projekt, který na trhu nemá obdoby, představuje pro banky do velké míry zvýšené riziko. Celému procesu schvalování ale významně pomohla jednak úvěrová zkušenost obou bank se skupinou Decci, jednak virtuální model elektrárny, v němž bylo možné simulovat řadu procesů a postupů. Stejně jako samotný projekt je tak výsledná úvěrová smlouva na domácí poměry unikátní.

DVEŘE BYLY OTEVŘENY, DALŠÍ MOHOU NÁSLEDOVAT

První středně velký domácí plynový zdroj doplněný velkým bateriovým úložištěm je na světě, ale s ohledem na situaci na trhu bude zapotřebí podobných zdrojů postavit alespoň desítky, chceme-li do budoucna zachovat současnou kvalitu dodávek elektřiny. Dnes je sice trh se službami výkonové rovnováhy jednotný v rámci celé soustavy ENTSO-E, přesto je však žádoucí, abychom si uměli problémy v naší domácí soustavě vyřešit domácími zdroji. To může být důležité třeba i v případech, kdy jiné soustavy budou v tu samou dobu řešit obdobné problémy a nebudou schopné přenést potřebný výkon k nám. Navíc asi málokdo umí předpovědět, jakou podobu budou mít vedení elektřiny a trhy v Evropě za pět či deset let.

I proto se otevírá významná tržní příležitost pro výstavbu obdobných typů zařízení, jako je projekt Energy nest, který první prošlapal trnitou cestu k bezuhelné, a přesto dostatečně pružné energetické soustavě budoucnosti.