Baterie při poskytování podpůrných služeb šetří miliony dolarů. Jak to dělají?
Zajišťování podpůrných služeb je s pomocí baterií výrazně levnější, než pouze prostřednictvím elektráren na fosilní paliva. Jak je to možné a proč to zatím v ČR nejde?
V předchozím článku jsme si přiblížili jihoaustralskou síťovou baterii Hornsdale Power Reserve (HPR) s výkonem 100 MW a kapacitou 129 MWh, která byla připojena do tamní sítě v prosinci 2017. Připomeňme, že vznikla v reakci na rozsáhlý blackout, který postihl většinu regionu Jižní Austrálie v září 2016. V roce 2020 byla po velmi dobrých zkušenostech rozšířena na 150 MW, 193,5 MWh a o nové funkce.
V tomto textu si ukážeme, jak síťové baterie vydělávají a šetří peníze a ilustrujeme to na několika příkladech právě z Jižní Austrálie. A v závěru vysvětlíme, proč baterie nešetří miliony také v ČR.
5 způsobů, jak síťová baterie šetří peníze
Za prvé svým vstupem na trh podpůrných služeb zvyšuje lokální konkurenci. Co to znamená? Pokud elektrizační síť funguje normálně, zapojuje se do primární regulace mnoho propojených elektráren na kontinentu. Na trhu je spoustu hráčů, frekvence příliš nekolísá a ceny podpůrných služeb se drží v normálních mezích.
Pokud však dojde k přerušení některých vedení nebo výpadku zdrojů, jednak dojde ke kolísání frekvence a jednak nabídka flexiblity na trhu klesne – zdroje buď vypadnou, nebo jsou odříznuty. Kvůli těmto faktorům cena flexibility vzroste. Kdo zvládne poskytnout podpůrné služby v tuto chvíli, vydělá více, než kdyby je poskytl za běžných okolností.
A pokud zůstane od sítě oddělený samotný region Jižní Austrálie, podpůrné služby v této oblasti bude zajišťovat jen několik málo zdrojů a bude to velmi náročné a drahé. Přesně to se stalo například v lednu roku 2020, kdy vlivem extrémního počasí došlo opět k přerušení vedení Heywood, stejného vedení, jehož výpadek přispěl k jihoaustralskému blackoutu v roce 2016. Tentokrát k blackoutu nedošlo a místo, aby celou jihoaustralskou síť držely pouze plynové elektrárny, přispěly k regulaci i tři místní baterie (kromě HPR ještě dvě menší úložiště).
Počet hráčů na trhu se zvýšil a náklady na podpůrné služby byly nižší, než před vstupem HPR na trh. I tak baterie zaznamenaly rekordní výdělky. Megawatt podpůrných služeb stál v kritických chvílích i tisíce dolarů a baterie tyto ceny díky své rychlosti dokázaly perfektně využít. Tím se dostáváme k druhém bodu.
Za druhé, baterie je schopna na změny stavu v síti reagovat rychleji, než klasické točivé zdroje, které tyto služby standardně zastávají. Při běžném provozu, kdy není potřeba síť vyrovnávat vysokými výkony, zvládne baterie sama o sobě vyrovnat mnoho drobných odchylek. Tím jednak na klasické zdroje zůstane méně práce, případně vůbec nenaběhnou a zároveň rychlá baterie takto „vyzobává třešničky“ nejvyšších cen předtím, než na ně stačí dosáhnout výkonnější, ale pomalejší točivé zdroje. Klasické zdroje tak na podpůrných službách vydělají méně, nebo v řadě případů vůbec nic.
Porovnání, jak na pokyny dispečingu reaguje standardní elektrárna s turbínou a generátorem (obrázek vlevo) a jak baterie (obrázek vpravo). Červená linka je požadavek na činný výkon a kmitočet, černá linka je reakce výrobny/baterie. Zdroj: Australian Energy Market Operator: AEMO
Za třetí, vychytávat krátkodobé špičky prostřednictvím baterie je výrazně levnější, než tak činit pomocí generátorů poháněných fosilními palivy. Baterie se nabíjí buď velmi levně z OZE, nebo prakticky zadarmo v době nulových až záporných cen elektřiny. Její aktivace, spuštění, pak nestojí reálně nic. Plynová elektrárna vždy potřebuje zaplatit minimálně palivo a vždy během provozu vypouští skleníkové plyny.
Reakce baterie HPR na ceny elektřiny během dne. Nabíjení (červená) probíhá při nízkých cenách elektřiny, vybíjení (modrá) během vysokých cen. Stupnice vlevo ukazuje výkon v MW, stupnice vpravo cenu silové elektřiny v australských dolarech. Zdroj: Dylan McConnell, Climate and Clean Energy College
Za čtvrté, baterie svou rychlostí a přesností pomáhá předcházet eskalaci problému, což vede k řadě úspor. Včasný zásah zpomalí růst cen podpůrných služeb (úspora č. 1) a silové elektřiny (úspora č. 2). Pokud nejde o nic horšího, není nutné kvůli zásahu aktivovat další zdroje pro vyrovnání špičky a platit do nich palivo (úspora č. 3).
Na horší situace, jako jsou vysoká zátěž, výpadky zdrojů, přerušení vedení, velké kolísání frekvence, už je baterie málokdy sama. Trvají delší dobu, tzn. stihnou se zapojit i ostatní zdroje a budou mít dost práce. Ale pokud je zřejmé, že bez rychlého zásahu baterie by problém eskaloval, je možné do výpočtu zahrnout i náklady na odpojování zátěže (úspora č. 4) a za škody vzniklé výpadkem (úspora č. 5). Na tomto principu často stojí obchodní model podnikových akumulátorů.
Za páté, baterie umožňují připojit do sítě větší množství obnovitelných zdrojů, které mají nejnižší náklady na výrobu elektřiny ze všech zdrojů (úspora č. 6). V současnosti je potřeba proměnlivou výrobu OZE a z ní plynoucí kolísání frekvence jistit točivými zdroji. Pokud není k síti připojen dostatek točivých zdrojů, nelze připojit fotovoltaiku a větrníky nad určitý výkon, i kdyby byl zrovna dostupný (hodně slunce, větru).
V ČR taková situace momentálně nehrozí, fotovoltaiky a větrníků máme málo, u protinožců je to však něco jiného. Region Jižní Austrálie nemá v provozu žádné uhelné elektrárny, 40 % své elektřiny získává z větru, 43 % z plynu a o zbytek se dělí dieselové generátory a fotovoltaika. Situace, kdy byl omezován výkon OZE, tzn. do sítě nemohla proudit levnější elektřina, v Austrálii před instalací HPR nebyly nijak výjimečné.
Nahrazení točivých zdrojů měniči
S nahrazováním konvenčních energetických zdrojů obnovitelnými ubývá v soustavě točivých zdrojů, které zajišťují setrvačnost pro automatickou regulaci frekvence. V budoucnu bude tuto funkci zajišťovat stále častěji výkonová elektronika, měniče. HPR tak byla během svého rozšíření na výkon 150 MW v roce 2020 vybavena i novými pokročilými měniči s funkcí umělé setrvačnosti (Tesla Virtual Machine Mode). Podle webových stránek HPR zvládne baterie sama s těmito měniči poskytnout polovinu roční potřebné setrvačnosti v Jižní Austrálii a umožní tak snazší připojení dalších obnovitelných zdrojů.
Evropští provozovatelé přenosových soustav ENTSO-E nezůstávají pozadu a nahrazování točivých zdrojů výkonovou elektronikou již několik let zkoumají například v rámci projektu MIGRATE.
Zemětřesení na trhu podpůrných služeb
Baterie má tedy mnoho způsobů, jak ušetřit peníze, energii i palivo a s ním skleníkové plyny. Tím spíš v Jižní Austrálii, kde byly ceny plynu mezi roky 2016–2019 velmi vysoké a ve stejném období zde došlo k řadě událostí, které vyhnaly ceny podpůrných služeb vzhůru. Spuštění HPR v prosinci 2017 způsobilo bez nadsázky zemětřesení na trhu podpůrných služeb.
Jak jinak pojmenovat skutečnost, že vstup HPR na trh způsobil prakticky okamžité a permanentní zlevnění podpůrných služeb v Jižní Austrálii o zhruba 90 % ze 470 australských dolarů za megawatthodinu na méně než 40 AUD? Dlouhodobé zlevnění podpůrných služeb se promítlo i do snížení cen elektřiny pro koncové zákazníky. Navzdory tomu, že v australské síti přibývá OZE a baterií, cena elektřiny klesá.
Ceny podpůrných služeb v Jižní Austrálii před a po vstupu baterie Hornsdale Power Reserve na trh. Zdroj: Aurecon, překlad: TZB-info
Podle zprávy poradenské společnosti Aurecon za rok 2019 zvládne samotná HPR pokrýt více než polovinu (!) určitých druhů podpůrných služeb v Jižní Austrálii. HPR však měla významný dopad i z pohledu celého trhu na východním pobřeží (National Electricity Market, NEM), kde se její podíl na různých typech podpůrných služeb pohybuje od 6 do 35 %. Vzhledem k tomu, že se bavíme o jediném zařízení s výkonem 150 MW (původní výkon 100 MW byl zvýšen v roce 2020), jsou jeho dopady obrovské.
Graf: Rozdělení výdělků během standardní situace v australské síti (sloupec vlevo) týden před mimořádnou událostí, a situace během prvního a druhého týdne mimořádné situace v lednu 2020, kdy byla Jižní Austrálie oddělena od zbytku sítě (sloupec uprostřed a vpravo). Graf „energy“ ukazuje výdělky za silovou elektřinu, graf „FCAS“ výdělky za podpůrné služby. Stupnice je v milionech australských dolarů. Zdroj: WattClarity.com.au
Situaci hezky ilustruje graf rozdělení výdělků za dodávku elektřiny a podpůrné služby v Jižní Austrálii během standardních podmínek a při mimořádné události. Zatímco na výdělcích za dodávku silové elektřiny se baterie podílí jen zcela minimálně (však se jedná prakticky o spotřebiče), na dodávce podpůrných služeb mají během normálních i mimořádných okolností baterie zhruba poloviční podíl! Přitom oproti gigawattům plynových zdrojů mají výkon jen pár set megawattů.
To znamená, že malá baterie je pro poskytování podpůrných služeb mnohokrát výhodnější, než fosilní zdroje. Pokud by baterie na trhu nebyly, poskytovaly by podpůrné služby téměř výhradně plynové elektrárny. Graf výdělků za podpůrné služby by byl ve všech třech sloupcích celý červený a mnohem vyšší.
Na trhu silové elektřiny je situace odlišná. Jak je patrné z grafů, i při vysokém podílu obnovitelných zdrojů v jihoaustralské síti vydělávaly na elektřině v lednu, kdy je v Austrálii léto, především plynové zdroje. Ač tedy baterie otřásají trhem podpůrných služeb, u silové elektřiny, kde jde o kvantitu, se zatím revoluce nekoná.
Cena, návratnost a životnost baterie Hornsdale Power Reserve
Přesná cena baterie HPR není známa, nejčastěji je zmiňována investice okolo 90 milionů australských dolarů (cca 1,5 miliardy korun). Životnost baterií by měla být 15 let, přičemž opotřebené baterie lze průběžně měnit za nové, které budou vzhledem k pokroku v této oblasti lepší a levnější. Zařízení tak bude postupně upgradováno, není to tak, že by se za 15 let muselo zbourat a postavit nové.
Pokud jde o návratnost, říká se, že investice do baterie se vrátí při prvním blackoutu. K tomu od doby instalace HPR v Jižní Austrálii nedošlo, byť to samozřejmě není jen zásluha baterie, ale i dalších přijatých opatření. Avšak díky velkému množství kritických situací v tamní síti, kdy šla cena podpůrných služeb extrémně vysoko, se podle některých analýz i takto drahá baterie splatila zhruba během dvou let.
Stačily dva roky spolehlivé služby a úspor a v Austrálii měli jasno: chceme více baterií. V sousední Victorii tak má vzniknout další „Tesla big battery“, tentokrát rovnou s výkonem 300 MW.
Pouhé dva roky! Přitom to vypadá, že pokud by v roce 2017 nedošlo k teatrálnímu miliardářskému tweetování, velmi pravděpodobně by se místo baterie v Jižní Austrálii stavěly další plynové elektrárny. Místo dvou let úspor peněz, elektřiny i skleníkových plynů by se minimálně dva roky mrhalo penězi, palivem a vypouštěly by se zbytečné emise. Zní to povědomě? Hádejte, co se právě děje v ČR.
Baterie v ČR nechceme
V nejbližších letech budou samostatná bateriová úložiště v ČR poskytovat podpůrné služby podobně, jako jinde ve světě. Technologie i investory ale už máme. Proč to nejde už teď?
V ČR v roce 2021 samostatnou baterii pro poskytování podpůrných služeb provozovat nelze. Český energetický zákon pojem elektrický akumulátor nezná, i když ČEPS i distributoři s nimi už ve svých materiálech počítají. Dosavadní velkokapacitní baterie v ČR mohou být provozovány jen, jsou-li přidruženy k točivému zdroji a své služby mohou poskytovat pouze ve velmi úzkém rozsahu. I tak se v řadě případů vyplatí, pořád je ale k jejich provozu potřeba točivý zdroj.
Zástupci investorů, oborové asociace, banky, ale i řady státních institucí požadují za prvé, aby byla do energetického zákona zařazena licence na akumulaci a se službou akumulace elektřiny tak bylo možné standardně podnikat. Za druhé, aby byl bateriím nejen umožněn plnohodnotný vstup na trh podpůrných služeb, ale zároveň aby měly stejné podmínky, jako v současnosti používaná mechanická úložiště elektřiny – přečerpávací vodní elektrárny. Sem patří zejména požadavek, aby samostatně stojící baterie nemusely platit poplatek za obnovitelné zdroje při akumulaci elektřiny pro podpůrné služby (podobný požadavek bylo potřeba vyřešit v Austrálii před stavbou HPR).
Bohužel na této podmínce zatím vázne projednávání zařazení licence na akumulaci elektřiny do stávajícího energetického zákona. Proti jsou dva aktéři – Ministerstvo průmyslu a obchodu a Teplárenské sdružení. Důvody jsou vyjmenovány výše. I pár baterií na trhu připraví konvenční zdroje na fosilní paliva o velkou část výdělků za podpůrné služby. A to vše v situaci, kdy chce stát odejít od uhlí, a teplárny mají napjaté rozpočty kvůli rostoucí ceně emisních povolenek. Vědí, že nástup baterií nezastaví, snaží se ho tedy alespoň co nejvíce oddálit. Problém je, že toto prodlužování zcela zbytečně vyčerpává přírodní zdroje, znečišťuje ovzduší a celé to stojí víc peněz.
Protože reálně neexistuje důvod, proč nepustit na trh podpůrných služeb baterie, je nutné stavět debatu o nich na strachu a emocích. Proto během jednání zaznívají výkřiky o „bateriových baronech“. Přitom licence na akumulaci v energetickém zákoně pouze znamená, že se službou akumulace elektřiny bude možné samostatně podnikat. Aby to ale nebylo tak levné a výhodné, jako v Austrálii, zatím to vypadá, že česká chemická úložiště (baterie) budou při akumulaci muset stále platit poplatek za obnovitelné zdroje, zatímco mechanická úložiště (přečerpávací elektrárny) nikoli.
Poplatky a akumulace
Uložená energie se může použít i k jiným účelům, než je poskytování podpůrných služeb. Zejména u vodíku nebo power to gas lze vyrobený meziprodukt (vodík, syntetický plyn) využít mnoha způsoby a při účtování „nabíjecí elektřiny“ bude třeba zohlednit, které typy akumulace budou osvobozeny od poplatků. To je však zatím hudba budoucnosti a netýká se jen akumulátorů. Velmi podstatně s poplatky zahýbá i změna pravidel energetického trhu, dříve zvaná jako Nová tarifní soustava.
Na závěr si představme, jak by to vypadalo, kdybychom stejně jako k bateriím přistupovali k elektromobilům. Přišla by Tesla s maximální rychlostí 250 km/h a dojezdem 450 km a ve světě by se s nimi začalo normálně jezdit. V ČR bychom stanovili, že elektromobil může být provozován pouze společně v doprovodu vozidla se spalovacím motorem, může se pohybovat maximální rychlostí 50 km/h a lze ho použit pouze k ujetí vzdálenosti 10 km. Pokud byste chtěli jet dále nebo rychleji, museli byste přesednout do auta se spalovacím motorem. Zatímco v zahraničí by začínaly normálně jezdit Tesly a další dospělá elektrická auta, v ČR by bylo možné legálně provozovat maximálně nádražní ještěrku nebo golfový vozík. Pro první elektromobil v republice by to možná dávalo smysl, ale po několika letech testování a mnoha ujetých kilometrech už by se mohl tento přístup změnit.
Zdroje:
- AURECON. Hornsdale Power Reserve – Year 1 Technical and Market Impact Case Study. Aurecon.com [online]. [cit. 2021-6-11]. Dostupné z: https://www.aurecongroup.com/markets/energy/hornsdale-power-reserve-impact-study
- AURECON. Hornsdale Power Reserve – Year 2 Report – Technical and Market Impact Case Study. Aurecon.com [online]. [cit. 2021-6-11]. Dostupné z: https://www.aurecongroup.com/markets/energy/hornsdale-power-reserve-impact-study
- Hornsdale Power Reserve. Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001 – [cit. 2021-6-11]. Dostupné z: https://en.wikipedia.org/wiki/Hornsdale_Power_Reserve
- Learn. Hornsdale Power Reserve [online]. [cit. 2021-6-11]. Dostupné z: https://hornsdalepowerreserve.com.au/learn/
- Learnings from the Hornsdale Power Reserve battery. Energy Magazine. 30. 5. 2018 [cit. 2021-6-11]. Dostupné z: https://www.energymagazine.com.au/learnings-from-the-hornsdale-power-reserve-battery/
- O'NEIL, Allan. Don’t Forget About FCAS! WattClarity [online]. 17. 2. 2020 [cit. 2021-6-11]. Dostupné z: https://wattclarity.com.au/articles/2020/02/dont-forget-about-fcas/
- PARKINSON, Giles. Explainer: What the Tesla big battery can and cannot do. Reneweconomy [online]. 10. 7. 2017 [cit. 2021-6-11]. Dostupné z: https://reneweconomy.wpengine.com/explainer-what-the-tesla-big-battery-can-and-cannot-do-42387/
- PARKINSON, Giles. Tesla big battery shows off its flexibility in final testing. Reneweconomy [online]. 30. 11. 2017 [cit. 2021-6-11]. Dostupné z: https://reneweconomy.wpengine.com/tesla-big-battery-shows-off-its-flexibility-in-final-testing-56982/
Aktualizováno 16.6.2021 - U konvenčních zdrojů a generátorů doplněna informace, že jde o zdroje na fosilní paliva.
