Sončne elektrarne brez baterij so težava za omrežje

Španskega in portugalskega električnega mrka, ki se je začel sredi sončnega dneva konec aprila, še niso v celoti pojasnili. Evropsko združenje operaterjev prenosnega omrežja (ENTSO-E) je pred dnevi izdalo obsežno poročilo o tem, a z opozorilom, da bi bilo iskanje krivca nekonstruktivno, saj je glavna naloga preprečiti podobne dogodke. V stroki pa kljub temu tli sum, da je evropska energetska politika odločno krenila po nepreizkušeni poti, to pa so posledice.

»Evropski elektroenergetski sistemi v zadnjem desetletju doživljajo intenzivno preobrazbo. Hitro povečevanje deleža obnovljivih virov energije, zlasti sončnih in vetrnih elektrarn, prinaša številne koristi, hkrati pa zaradi razpršenosti, volatilnosti in omejene predvidljivosti tudi nove izzive za zanesljivo in stabilno obratovanje sistema,« pravijo v Elesu, ki ima tudi svojega strokovnjaka v ENTSO-E.

»V takih razmerah je za Eles ključnega pomena, da so tudi napovedi proizvodnje elektrike čim bolj usklajene z resnično porabo. Toda zaradi volatilnosti proizvodnje OVE kot sistemski operater zaznavamo čedalje več odstopanj med napovedmi in resnično proizvodnjo oziroma porabo, zato postaja uravnavanje obratovanja elektroenergetskega sistema vse zahtevnejše. Eles mora aktivirati čedalje večje količine izravnalne energije in zakupiti večje količine izravnalne moči rezerve za povrnitev frekvence. Stopnjevanje takih odstopanj bi lahko privedlo do poslabšanja obratovalnih razmer, v skrajni fazi celo do preobremenitev in izpadov v sistemu.«

»Povečuje se tudi potreba po storitvah izravnave frekvence. Ob tem narašča tveganje večjih frekvenčnih nihanj ter lokalnih preobremenitev omrežja, kar lahko v skrajnem primeru vodi tudi do razpadov sistema, kot se je na primer zgodilo v Španiji letos spomladi,« dodajajo v Gen energiji.

Visoka proizvodnja, nato izklop

V najhujšem evropskem električnem mrku v zadnjih 20 letih, ki se je začel v Španiji 28. aprila ob približno 12.33, so sončne elektrarne proizvajale približno toliko elektrike kot vsi drugi viri skupaj. Proizvodnja je naraščala od zjutraj, pred razpadom sistema je bila najvišja. Visoka proizvodnja je zvišala napetost v omrežju, nastalo je tudi nekaj oscilacij, za katere pa strokovnjaki ENTSO-E še ne najdejo vzroka. Vse to je povzročilo izklop velikih in zelo verjetno tudi malih sončnih elektrarn.

Kljub vsem ukrepom ali pa delno celo zaradi njih je zaradi nižje proizvodnje upadla frekvenca, španski sistem pa ni bil več sinhroniziran s francoskim in tudi maroškim, zato so te povezave izključili. Sledil je razpad sistema, o katerem bo ENTSO-E končno poročilo objavil v začetku prihodnjega leta.

V združenju Solar Power Europe to poročilo nestrpno pričakujejo, a opozarjajo, da obnovljivi viri v času mrka po predpisih niso smeli sodelovati pri nadzoru napetosti v omrežju. Španija je nova pravila uzakonila 12. junija, vendar bodo za uveljavitev vseh procedur porabili še nekaj mesecev. Potem bo špansko omrežje bolj robustno in bolje pripravljeno za preprečitev takih dogodkov.

Pomaga prilagajanje proizvodnje in odjema

»Ena izmed rešitev je gotovo možnost prilagajanja odjema in proizvodnje sončnih elektrarn: direktor Elesa Aleksander Mervar je večkrat javno opozoril, da bi bilo smotrno, da bi omrežni operater v prihodnje imel možnost večjega prilagajanja proizvodnje in porabe v času viškov in na ta način usklajeval proizvodnjo s porabo. Prav tako menimo, da bi morali v prihodnosti tudi dobavitelji z ustreznimi cenovnimi in drugimi signali informirati odjemalce o času visoke proizvodnje in morebitnih negativnih cenah ter jim omogočati, da s povečanjem porabe izkoristijo tudi negativne cene.«

Dejstvo je, da omrežni operater te možnosti (daljinski nadzor nad proizvodnjo električne energije iz sončnih elektrarn) nima, direktor Elesa pa jo je identificiral kot eno največjih nevarnosti za zanesljivost obratovanja elektroenergetskega sistema Slovenije. Ta nevarnost se bo z rastjo deleža sončnih elektrarn še stopnjevala. »Zato je ena izmed najnujnejših sistemskih prioritet vzpostavitev enotne platforme slovenske proizvodnje električne energije iz sončnih elektrarn, ki bi jo upravljal Eles, ki bi hkrati imel tudi možnost daljinskega izklapljanja sončnih in vetrnih elektrarn,« pravijo.

Previsoka napetost lahko povzroči izpad elektrarn, slabo pa vpliva tudi na druge naprave in opremo. FOTO: Jon Nazca/Reuters

Velik delež proizvodnje električne energije iz OVE, zlasti sončnih in vetrnih elektrarn, prinaša pomembne izzive tudi za stabilnost elektroenergetskega sistema. »Eden ključnih problemov je nihanje napetosti, ki nastane zaradi nepredvidljive proizvodnje in pomanjkanja lokalne porabe v času največje proizvodnje. Ker OVE pogosto ne zagotavljajo zadostne regulacije napetosti, se povečuje potreba po dodatnih kompenzacijskih ukrepih, kot so regulacijski transformatorji, kompenzacijske naprave in napredni sistemi za vodenje napetosti. V nasprotnem primeru lahko nastanejo napetostne razmere, ki ogrožajo delovanje naprav in zanesljivost preskrbe,« opozarjajo v Elesu.

Poleg domačih izzivov pa se elektroenergetski sistem srečuje tudi z vplivi iz tujine, predvsem z Balkana, od koder se zaradi sprememb v proizvodnji in porabi pojavljajo povečani pretoki jalove moči. Ti dodatno obremenjujejo prenosno omrežje in pomembno vplivajo na napetostne razmere tudi v Sloveniji. Ker jalova moč potuje po omrežju ne glede na potrebe lokalnega sistema, lahko povzroči lokalna prenapetostna stanja ali celo omejitve pri priključevanju novih virov. Reševanje teh težav zahteva regionalno sodelovanje, natančno načrtovanje omrežja in uvedbo naprednih tehnologij za nadzor in kompenzacijo jalove moči.

Največje prenosne zmogljivosti v Evropi

Izkušnje z Iberskega polotoka po drugi strani pričajo o tem, kako ključna so vlaganja v rešitve, ki krepijo robustnost energetskih sistemov v razmerah zelo povečanega deleža OVE in intenzivnih tržnih aktivnosti. Dogodek je po mnenju Elesa hkrati pokazal, kako pomembni so čezmejne povezave in regionalno usklajeno delovanje, saj je to omogočilo hitro in učinkovito ponovno vzpostavitev obratovanja energetskega sistema Španije in Portugalske.

Na tem področju smo v Sloveniji na razmeroma varni strani, saj ima Eles danes relativno največje čezmejne prenosne zmogljivosti v Evropi. Konična moč porabe je namreč pri nas približno 2400 megavatov (MW), termična nekaj manj kot 13.000 MW, komercialna pa približno 6000 MW. »Zaradi geostrateške lege Slovenije, odličnega prenosnega elektroenergetskega sistema ter predvsem izjemno velikih čezmejnih prenosnih zmogljivosti - te so, denimo, skoraj dvakrat višje, kot jih ima približno 15-krat večji elektroenergetski sistem Španije - v družbi Eles ugotavljamo, da je prav elektroenergetika pomembna slovenska konkurenčna prednost,« še pravijo.

Sončne elektrarne tudi pri nas pri največji proizvodnji že proizvajajo več elektrike kot Nek. »Rast števila obnovljivih virov, predvsem sončnih elektrarn, povečuje proizvodne presežke v določenih urah dneva, zlasti v poletnih mesecih, kar je sicer pozitivno za samopreskrbo in zmanjšanje emisij. Vendar pa to prinaša nove izzive za zanesljivost preskrbe. Proizvodnja iz sonca namreč ni usklajena s porabo – predvsem v jutranjih in večernih konicah ter v obdobjih brez sonca ali v oblačnem vremenu se je treba zanašati na druge vire, kot so hidroelektrarne, Nek in uvoz,« pa menijo v Gospodarskem interesnem združenju distribucije električne energije (GIZ DEE).

Prenasičenost

Dodajajo, da lahko trenutki presežne proizvodnje povzročijo prenasičenost omrežja, kar zahteva ukrepe, kot sta zmanjšanje proizvodnje ali izvoz. »Sončne elektrarne zato ne morejo nadomestiti zanesljivih virov, ki delujejo 24 ur na dan vse dni v tednu, ne glede na vreme,« pravijo v GIZ DEE. »Ključno je, da rast obnovljivih virov spremljajo razvoj hranilnikov energije, digitalnih orodij za upravljanje prožnosti in ustrezna nadgradnja omrežja, saj le tako lahko integracija sončnih in vetrnih elektrarn prispeva k zanesljivosti preskrbe z elektriko, namesto da jo ogroža.«

Na vprašanje, katera je največja težava, odgovarjajo, da je to gotovo neuravnoteženost med proizvodnjo in porabo električne energije. Povzročajo jo nepredvidljivi obnovljivi viri (sonce, veter), nezadostna fleksibilnost proizvodnega in potrošnega dela sistema ter omrežna infrastruktura, ki ne omogoča učinkovitega prenosa presežkov ali odzivanja na potrebe.

»Glavno težavo predstavlja kombinacija manj predvidljive proizvodnje iz sonca in vetra, pomanjkanja fleksibilnosti (proizvodni viri in shranjevanje energije) ter zmanjševanja vztrajnosti sistema, saj je zaradi zapiranja termoelektrarn vedno manj velikih rotirajočih mas. Posledica so izrazitejša nihanja frekvence, dodajajo v Gen energiji, kjer med rešitvami za to težavo poleg zmogljivosti za shranjevanje energije in možnosti mednarodne izravnave podpirajo tudi gradnjo Jek 2.

Načini, kako bi lahko zmanjšali težave, so po mnenju GIZ DEE sistemi za shranjevanje energije (baterije, črpalne HE) za prenos proizvodnje iz časa presežka v čas potrebe, digitalizacija in avtomatizacija omrežja (pametna omrežja, napredne meritve), da se hitreje odzivamo na spremembe, spodbujanje fleksibilnosti pri porabi (denimo prilagajanje delovanja toplotnih črpalk, industrijskih procesov in sčasoma polnjenja električnih vozil), razvoj trga z odzivnostjo odjema in dolgoročno načrtovanje stabilnih virov, vključno z nadgradnjo Neka (z Jekom 2) in razpršeno hidroproizvodnjo.

»Pomemben del rešitve je tudi krepitev vloge distribucijskih operaterjev, ki postajajo aktivni upravljavci prožnosti v lokalnih omrežjih. Brez strateške koordinacije med prenosnim in distribucijskim sistemom ter ustreznih regulativnih spodbud bo izkoristek novih tehnologij omejen,« pravijo distributerji, ki so sicer zadovoljni s tem, da je Eles z vključitvijo SODO postal operater prenosnega in distribucijskega omrežja. V GIZ DEE še menijo, da bo treba vzpostaviti lokalne trge prožnosti, kjer lahko sodelujejo tudi agregatorji proizvodnje obnovljivih in drugih virov, ter uvesti dinamične cenovne signale, ki spodbujajo prilagajanje odjema.

»Napredni sistemi vodenja (ADMS, NMS) omogočajo optimalno upravljanje prožnosti in preprečujejo preobremenitve omrežja v realnem času. Kibernetska odpornost in izvajanje direktive NIS2 pa postajata temelj zanesljivega delovanja elektroenergetskega sistema,« so vključili še dodatno tveganje. Tudi pri španskem mrku je veliko ljudi najprej pomislilo na kibernetski napad, ki pa so ga hitro izključili kot mogoč vzrok težav.

Povezave za večjo varnost

Na evropski ravni nas povezovanje med sistemi posameznih držav dela vse skupaj močnejše, menijo v Gen energiji. »Slovenija je dobro vpeta v evropski elektroenergetski sistem in ima kakovostne meddržavne povezave, kar predstavlja ključno prednost. Te omogočajo izvoz presežkov ter uvoz energije ob pomanjkanju, s čimer se bistveno izboljšata energetska varnost in zanesljivost oskrbe. Poleg tega povezovanje trgov pozitivno vpliva tudi na dostopnost do cenovno ugodne energije,« pravijo v Gen energiji.

Ob tem pa je ključno, da se vsak sistem izravnava znotraj mednarodno predpisanih meja. »Nekateri sistemi, zlasti na našem jugu, tega ne počnejo dosledno, kar zaznavamo na 400 kV omrežju, kjer je priključena NEK in se v posameznih trenutkih soočamo z zelo visokimi napetostmi. Slednje lahko v skrajni meri privede do izklopa elektrarne, česar si seveda ne želimo. Zato v mednarodnem okolju poudarjamo dolžnost posameznih elektroenergetskih operaterjev po izravnavi njihovih sistemov,« opozarjajo tudi v Gen energiji.

Prihajajo nove baterije

»Obnovljivi viri energije imajo številne pozitivne vplive na zanesljivost oskrbe, hkrati pa prinašajo nove izzive, ki jih je ob ustreznem načrtovanju in investicijah mogoče uspešno obvladati,« pa pravijo v Gen-I.

Na pozitivni strani prinašajo diverzifikacijo virov, manjšo uvozno odvisnost, decentralizirano proizvodnjo in možnost otočnega delovanja v primeru večjih motenj. Namesto odvisnosti zgolj od velikih enot, katerih gorivo pogosto uvažamo, se lahko zanesemo tudi na razpršene vire, ki za obratovanje ne potrebujejo goriva. »Da prevelika osredotočenost zgolj na velike vire ni smiselna, se je pokazalo jeseni 2022, ko Teš in NEK nista delovala, hkrati pa je suša omejila proizvodnjo hidroelektrarn. Takrat je bila Slovenija več kot 90-odstotno uvozno odvisna. Za zanesljivost oskrbe torej potrebujemo razpršeno množico različnih elektrarn,« menijo v Gen-I.

Obenem pa OVE prinašajo nove izzive – njihova variabilna proizvodnja lahko povzroči napetostne skoke, zmanjšuje sistemsko inercijo in povečuje potrebo po rezervah moči. V Skupini Gen-I k povečani zanesljivosti sistema prispevajo na različne načine, med katerimi so postavitve baterijskih hranilnikov, spodbujanje prilagodljivega odjema z aktivnim cenikom, pa tudi z vlogo agregatorja oziroma povezovalca razpršenih odjemalcev in proizvajalcev ter sodelovanjem pri nudenju ključnih sistemskih storitev.

»V prihodnje pričakujemo večjo vlogo t. i. grid-forming inverterjev, ki z vzpostavljanjem lastne napetosti, frekvence in sintetične inercije (fizično imajo to velike vrteče mase) dodatno povečujejo zanesljivost sistema. Takšne baterije so bile letos prvič vzpostavljene v Veliki Britaniji. V Skupini Gen-I aktivno spremljamo dogajanje na tem področju in želimo tudi z najnaprednejšimi tehnologijami prispevati k zanesljivemu, dostopnemu in zelenemu energetskem sistemu,« še pravijo v Gen-I.