Ako by sme sa mali zamýšľať nad elektrizačnými sieťami v súčasnosti a prečo je dôležité na ne myslieť aj najbližších 50 rokov?
Vytvorili sme sieť, pretože vznikla potreba prístupu k energii v obývaných oblastiach a priemyselných zónach. S pribúdajúcim časom sme v ich blízkosti vybudovali elektrárne a nakoniec sme prišli so smart koncepciou a zamysleli sme sa nad ideou všetko poprepájať káblami. Časy sa zmenili. Po prvé, zmenila sa povaha zdrojov energie, ktoré sa používajú na výrobu elektrickej energie. Čoraz sľubnejšie sa javia napríklad veterné turbíny a fotovoltika. Nachádzame sa iba v zárodku éry porozumenia tomu, ako uskladňovať elektrickú energiu, podobne ako to je napr. v prípade autobatérií. Pohľad do blízkej budúcnosti ukazuje množstvo rôznych zdrojov generujúcich elektrickú energiu. Našou úlohou bude pochopiť, ako tieto milióny miest výroby a milióny bodov uskladňovania elektrickej energie prepojíme navzájom čo najefektívnejším spôsobom.
Ceny energií sú v niektorých regiónoch sveta, napr. na Havajských ostrovoch, také vysoké, že z ekonomického hľadiska už dnes dáva zmysel inštalovať si fotovoltické panely, pripojiť ich na batériu a v princípe sa odpojiť od elektrizačnej siete. Prečo sa to nedeje?
Je isté percento ľudí z rezidenčnej oblasti, ktorí sa odpojili od siete, je ich však minimum. Sieť však ponúka niekoľko výhod, ktoré inak nedostanete. Bez siete zrejme sotva spustíte veľkú centrálnu klimatizáciu. Tiež si bez nej nezabezpečíte spoľahlivú dodávku elektrickej energie dňom a nocou pre dom, kanceláriu alebo priemyselný závod. To, čo teda nájdete na miestach ako Havaj, Kalifornia a Arizona sú ľudia s inštalovanými fotovoltickými systémami, ktorí sú zároveň pripojení na sieť. A to je v poriadku, až na to, koľko platia za elektrickú energiu. Mali by platiť férovú cenu.
Čo máte na mysli pod pojmom férová cena?
Dovoľte mi povedať niekoľko údajov z USA. Americká domácnosť spotrebuje v priemere 1 000 kWh elektrickej energie za mesiac a priemerne za ňu zaplatí 110 $. A koľko z tejto sumy ide na elektrizačnú sieť samotnú? Reč je napríklad o generátoroch na podporu výkonu siete. Z tých 110 $ to je 51 $. Spotrebitelia dobrovoľne odpojení od siete sa snažia vlastnou výrobou elektriny nahradiť z tých 1 000 kWh čo najviac. Vďaka tomu platia distribučnej spoločnosti čoraz menej. Dokonca môžu získať zľavu na cenu v prípade, že energiu dodávajú do siete. V každom prípade tých 51 $ mesačne musia mať stále na pamäti. Potrebujeme sieť, myslím, že všetci ju potrebujeme. Nie však nevyhnutne v podobe, v akej sme ju tu mali v minulosti. Musíme nájsť iný spôsob a nejde len o technickú stránku.
Prišli ste s pozoruhodnou myšlienkou konceptu elektrizačnej siete podobného internetu a nazvali ste ho ElectriNet. Čo to je a v čom je lepší ako to, čo máme dnes?
Dovoľte mi zájsť trochu do histórie. Všetko sa začalo v druhej polovici 70. rokov minulého storočia, keď sme si začali klásť otázku, prečo musíme stále predpovedať elektrickú energiu, akoby to mala byť komodita sledujúca nejakú rastovú skrinku. Prečo nepremýšľame nad tým, ako ju využiť odlišne? A to bol začiatok myšlienky, ako byť aktívnejší pri efektívnejšom využívaní elektrickej energie. Ďalšou fázou bol koncept, ktorý som nazval ElectriNet a prvý raz ho predstavil pred niekoľkými rokmi, keď som v zásade poukázal na to, že budeme mať možnosť vyrábať elektrickú energiu u nás doma aj v práci. A prečo to všetko neoptimalizovať tak, aby sme mohli vlastné budovy a prístroje i zariadenia v nich prevádzkovať efektívne. A potom umožníme nášmu lokálnemu systému výroby elektrickej energie vlastnú optimalizáciu vzhľadom na ostatné systémy výroby elektrickej energie pripojených na sieť. Pokiaľ by sme to manažovali veľmi efektívne, mohli by sme dospieť do štádia plne integrovaného elektrizačného systému. Niekedy ho zvyknem nazývať integrovaná sieť.
To by zároveň uľahčilo prácu operátorom elektrizačnej sústavy, ktorí by vďaka tomu mali lepší prehľad o tom, čo sa deje v sieti v akomkoľvek čase.
Ak sa na tým na chvíľu zamyslíme, hovoríme o elektronickej dobe, keď všetci máme zariadenia ako výsledok digitálnej revolúcie, ale sieť stále spravujeme mechanicky. Stále sa spoliehame na pomalú komunikáciu, prostredníctvom ktorej monitorujeme aktuálny stav siete. V princípe nepoznáme jej stav v ktoromkoľvek čase. Ak sa teda niečo pokazí, môže to veľmi rýchlo viesť k veľmi vážnej poruche. Ak si osvojíte myšlienku ElectriNetu, tak v zásade vytvárate vrstvu komunikácie nad samotným elektrizačným systémom. Zároveň sa inštalujú senzory, komunikácia a výpočtové komponenty umožňujúce plnohodnotné a vyvážené využitie. Tým sa získava aj oveľa lepší prehľad o jej stave. ElectriNet znižuje pravdepodobnosť výskytu porúch, resp. výrazne urýchľuje ich opravy.
Integrovanú sieť potrebujeme, aby sme mohli naplno ťažiť z výhod modernizačných zmien rozmáhajúcich sa distribuovaných zdrojov energie, elektromobilov a prudkého nárastu efektivity nových koncových zariadení a prístrojov. Zahŕňa aj účasť spotrebiteľov, ktorí sú dnes oveľa aktívnejší v nárokoch na služby v oblasti dodávok elektrickej energie. Distribuované zdroje energie sa v súčasnosti pripájajú do siete, v skutočnosti však nie sú integrované. Nie sme tieto zdroje schopní využiť, aby sme vypomohli ostatným, našim susedom, resp. zvyšným účastníkom siete. Integrovaná sieť umožňuje akémukoľvek odberateľovi optimálne využitie akéhokoľvek vhodného zdroja v danom čase a tiež využíva distribuované zdroje na vyváženie elektrizačnej siete, ako sú napr. rozsiahle fotovoltické a veterné elektrárne. To dnes reálne urobiť nevieme. Myslím, že myšlienku integrovaného systému čaká svetlá budúcnosť, bez smart gridu je však nerealizovateľná.
Čo sa teda musí udiať počas nasledujúcich 50 rokov, aby sa vaša vízia siete stala realitou?
Najskôr musíme zaviesť komunikačné štandardy, aby si mohli zariadenia medzi sebou vymieňať informácie. Napríklad v budovách používajú elektronické zariadenia takmer tridsať rôznych komunikačných architektúr a ich vzájomná komunikácia je zložitá. Priemysel vo všeobecnosti potrebuje pristupovať k sieťovej integrácii z viacerých hľadísk. Jedným z podstatných prvkov sú práve vhodné štandardy. IEEE odviedla vynikajúcu prácu pri tvorbe štandardov na interoperabilitu zariadení a služieb, ako je napr. norma IEEE 2030 a IEEE 1547, ktorá je dôležitá pre integráciu obnoviteľných zdrojov energie. Potrebné bude vytvoriť aj ďalšie normy, napr. tie o kompatibilite fotovoltických meničov so sieťou. Firmy budú musieť vyvinúť vlastné stratégie, nemôžu byť v tomto smere pasívne.
Minimálne budú musieť poznať zdroje používané vo vlastných systémoch. Ak chcú ísť ďalej, mali by si naštudovať, ako sa integrovaná sieť uplatní v ich systémoch, a vypracovať integračnú mapu. Ďalej, u nás v Amerike nemáme počítačový systém schopný riadiť a spravovať milióny uzlov. Dokážeme to s desiatkami tisíc, budeme to však musieť vedieť s miliónmi. Je tu teda priestor na zásadný vývoj. Dôležitá bude pokroková technológia. Okrem senzorov, komunikácie a silnej výpočtovej techniky potrebujeme výkonovú elektroniku schopnú plynulo riadiť elektrizačné systémy a to dokonca na úrovni, ako je autonómna oprava porúch, resp. ich eliminácia ešte pred tým, kým sa vôbec vyskytnú. Popri tom tiež potrebujeme kompletný balík jednoducho ovládateľných a lacných IT riešení, ktoré by dali zákazníkom k dispozícii viac inovatívnych služieb s vyššou flexibilitou. Ďalej potrebujeme zariadenia ovládané na základe požiadaviek, ktoré umožnia bezproblémovú konfiguráciu a zaobstaranie produktov
a služieb pre firmy aj rezidenčný sektor.
Znie to ako finančne veľmi nákladné riešenie. Je predpoklad, že budú zaangažovaní prevádzkovatelia distribučných sústav ochotní minúť na tieto dôležité investície peniaze?
Nebude to lacné. Predpokladám, že to bude trvať najbližších 20 rokov a preinvestovať bude treba podľa môjho odhadu 1 bilión dolárov, čo je približne 12 $ mesačne na zákazníka z rezidenčného sektora. Alebo ako zvyknem žoviálne hovoriť, bude to stáť jednu poriadnu pizzu mesačne. Nevidím spôsob, ako to obísť. Bez smart gridu treba počítať so zníženou spoľahlivosťou, nízkou kvalitou elektrickej energie, s obmedzenou odolnosťou v zmysle obnovenia prevádzky po veľkých búrkach a iných meteorologických javoch, ktorých je len v USA nespočetne veľa. Náklady na sofistikovanú elektrizačnú sieť prinesú pridanú hodnotu všetkým výrobkom a službám v našej spoločnosti. Jedným z benefitov bude zvýšená spoľahlivosť. Len v USA sa straty v dôsledku zlej kvality elektrickej energie a jej výpadkov vyšplhajú na 190 miliárd dolárov ročne, čo sa priamo odzrkadľuje v cene výrobkov a služieb. Zo smart gridu bude profitovať životné prostredie, pretože lepšie riadenie všetkých zdrojov umožní závodom znižovať produkované emisie. Zvýši sa národná bezpečnosť vďaka výraznému nárastu použitia domácich zdrojov, čím sa zníži závislosť od politického vývoja na Blízkom východe, resp. v iných regiónoch sveta, a od zahraničných dodávok nosičov energie. Myslím, že tých 12 $ mesačne je toho hodných. Verím, že takáto investícia sa v skutočnosti vyplatí v pomere 4 : 1.
Nie je to veru najoptimistickejšia vyhliadka. Čo musí priemysel urobiť, aby bol v tejto otázke úspešný?
Vyjadrené jedným slovom, spolupracovať. Nedokáže to každý sám. Na realizáciu mnohých krokov bude potrebných veľa financií a úsilia. Všetci musíme spolupracovať, aby sme z našej odbornosti a finančných zdrojov vyťažili maximum. Mám na mysli nielen EPRI, ale aj iných v ekosystéme, ako sú napr. ministerstvá energetiky, domáce a medzinárodné výskumné organizácie, univerzity. Všetci sú pri tejto práci dôležití. Výrobcovia i odberatelia elektrickej energie, ako aj IT spoločnosti budú musieť takisto nájsť cestu, ako sa stať v tomto procese partnermi. Niečo sa už robí aj v súčasnosti, má to však svoje úskalia, pretože systém v sieťových odvetviach je komplikovaný. Predstavitelia IT sektora musia byť trpezliví a poskytovatelia energetických služieb opatrní.
Nemôžu príliš rýchlo pristúpiť k veľkým investíciám a masívnym zmenám vo svojich systémoch. Nemôžu riskovať narušenie spoľahlivosti dodávok služieb. Ak chcú vykonať nejaké zmeny, mali by uvažovať nad rozšírením služieb. Často nemôžu investovať do demonštračných projektov alebo vyvíjať nové služby, pretože regulačné prostredie nereaguje v prípade neúspešnosti projektov želaným spôsobom. Regulačné orgány by mali byť trochu liberálnejšie a tolerovať poskytovateľom energetických služieb aj prípadné chyby. Mali by pochopiť, že v tejto oblasti je veľa úplne nového a individuálne programy môžu a nemusia byť úspešné tak, ako by priemysel chcel. Týmto projektom by sme však mali dať šancu, aby sme sa potom mohli z novej skúsenosti poučiť a zo získaných poznatkov profitovať.
Kľúčovým aspektom integrovanej siete bude rapídny nárast využitia distribuovaných zdrojov energie (DZE) vo vlastníctve zákazníkov. Ako sa s týmto faktom naloží hneď od začiatku?
DZE budú hrať dôležitú úlohu v integrovanej sieti, ale už dnes ovplyvňujú ceny. Koncoví zákazníci chcú predovšetkým nízke ceny elektrickej energie a nie sú ochotní tolerovať ich zvyšovanie. To sa výrobcom doteraz viac-menej aj darí, ale oblasti s masívnejšou inštaláciou fotovoltických polí vzbudzujú obavy. Zákazník z rezidenčného sektora spotrebuje v USA mesačne v priemere 982 kWh elektrickej energie a zaplatí za ňu 110 dolárov. Tí, ktorí majú fotovoltické pole pripojené na elektrizačnú sieť, platia približne polovicu.
Zo siete však získavajú významnú hodnotu, pretože keby prevádzkovali svoju fotovoltiku ako ostrovný systém, ich náklady by boli štvor- až osemnásobné. Dodávateľ, resp. výrobca elektrickej energie musí vynaložiť mesačné náklady 51 dolárov na pokrytie infraštruktúry ku každému zákazníkovi. Automaticky sa vynára otázka, čo je sieť hodná. Platia zákazníci s fotovoltickým systémom pripojeným na sieť primeranú sumu dodávateľovi ako kompenzáciu za to, že môžu využívať výhody celej infraštruktúry? Z prieskumov vyplýva, že takíto zákazníci patria väčšinou k sociálnej vrstve s vyššími príjmami. Väčší podiel nákladov za infraštruktúru platia bežní zákazníci vrátane tých s nižšími príjmami. Jedna skupina teda dotuje druhú, avšak v opačnom smere. To je problém, ktorý treba napraviť.
Ako môžu dodávatelia a výrobcovia elektrickej energie túto otázku vyriešiť?
Aktuálne ide o vznikajúci problém, pretože distribuované fotovoltické systémy reprezentujú zlomok medzi výrobcami elektrickej energie a rozširujú sa iba na niektorých trhoch. Z dlhodobého hľadiska však túto otázku potrebujeme vyriešiť. Jeden zo spôsobov je zvýšiť poplatok za pripojenie k sieti všetkým zákazníkom, čo sa však medzičasom stretlo s veľkými protestmi. Reálnejším riešením je stanoviť inú sadzbu zákazníkom s vlastným fotovoltickým systémom tak, aby platili primeraný férový podiel za prevádzku infraštruktúry a zároveň mali úžitok z vlastnej vyrobenej elektrickej energie. To môže zahŕňať príjem z predaja prebytku vyrobenej elektrickej energie prevádzkovateľovi distribučnej sústavy. Treba nájsť spôsob, ako spoplatniť týmto zákazníkom možnosť prístupu do siete, a určiť im osobitnú sadzbu za spotrebovanie elektrickej energie zo siete. Myslím, že v konečnom dôsledku by mali zákazníci s vlastnou výrobou elektrickej energie platiť za možnosť prístupu do siete viac ako teraz.
