Ú V O D

Rozvodné sítě tvoří páteř elektrických systémů již více než sto let a dodávají energii do domácností, továren, kanceláří a nemocnic. A jejich význam jen roste. Rychlé zavádění nových technologií, jako jsou elektromobily a tepelná čerpadla, znamená, že elektřina se rozšiřuje do oblastí, kde dříve dominovala fosilní paliva, což zvyšuje nároky na sítě. Země mezitím rychlým tempem rozšiřují projekty obnovitelných zdrojů energie, což vyžaduje více elektrických vedení k jejich propojení a vysoce funkční elektrické sítě, které zajistí spolehlivé dodávky koncovým zákazníkům.

Tato nová speciální zpráva IEA (Mezinárodní agentura pro energii) s názvem „Electricity Grids and Secure Energy Transitions (Energetické sítě a bezpečný přenos energie)“ nabízí jako první svého druhu globální přehled současného stavu světových sítí. Hodnotí známky toho, že nedrží krok s nově vznikající globální energetickou ekonomikou, a riziko, že se stanou překážkou v úsilí o urychlení přechodu na čistou energii a zajištění bezpečnosti dodávek elektřiny.

Zvláštní zpráva zkoumá naléhavé modernizace, které jsou nutné nejen pro fyzickou infrastrukturu, ale také pro způsob plánování a řízení sítí – a vyčísluje náklady na opožděná opatření. Poskytuje klíčová doporučení pro tvůrce politik a zdůrazňuje, co je nezbytné v oblastech, jako jsou investice, regulace a plánování.

Z nedostatku úsilí a péče hrozí, že elektrické sítě se stanou slabým článkem přechodu na čistou energii

Podle první globální studie svého druhu musí svět do roku 2040 vybudovat nebo nahradit 80 milionů kilometrů sítí, což odpovídá počtu všech současných sítí na světě, aby byly splněny národní klimatické cíle a podpořena energetická bezpečnost.

Jak vyplývá ze zvláštní zprávy, kterou dnes (17. 8. 2023) zveřejnila Mezinárodní energetická agentura (IEA), by úsilí o řešení změny klimatu a zajištění spolehlivých dodávek elektřiny mohlo být ohroženo, pokud politici a společnosti rychle nepřijmou opatření ke zlepšení a rozšíření světových elektrických sítí.

Rozvodné sítě tvoří již více než sto let páteř energetických systémů a dodávají energii do domácností, továren, kanceláří a nemocnic – a jejich význam bude s rostoucí úlohou elektřiny v energetických systémech jen stoupat. Nová zpráva „Electricity Grids and Secure Energy Transitions (Energetické sítě a bezpečný přenos energie)“, která jako první svého druhu přináší přehled sítí po celém světě, však ukazuje, že sítě nedrží krok s rychlým rozvojem klíčových technologií čisté energie, jako jsou solární a větrné elektrárny, elektromobily a tepelná čerpadla. Zpráva varuje, že bez větší pozornosti politiků a investic by nedostatky v rozsahu a kvalitě síťové infrastruktury mohly znemožnit dosažení cíle omezit globální oteplování na 1,5 °C a ohrozit energetickou bezpečnost.

Podle podrobné analýzy jednotlivých zemí provedené pro účely zprávy bude k dosažení všech vnitrostátních cílů v oblasti klimatu a energetiky nutné do roku 2040 doplnit nebo vyměnit 80 milionů kilometrů elektrických vedení, což je množství odpovídající celé stávající globální síti. Nezbytné jsou také zásadní změny ve fungování a regulaci sítí, přičemž roční investice do sítí, které v podstatě stagnují, se musí do roku 2030 zdvojnásobit na více než 600 miliard USD ročně.

Problémy se objevují již nyní. Zpráva poukazuje na velkou a rostoucí frontu projektů obnovitelných zdrojů, které čekají na zelenou pro připojení k síti, a uvádí 1 500 gigawattů těchto projektů, které jsou v pokročilé fázi vývoje. To je pětinásobek kapacity fotovoltaických a větrných elektráren, která byla celosvětově přidána v loňském roce.

„Nedávný pokrok v oblasti čisté energie, který jsme zaznamenali v mnoha zemích, je bezprecedentní a je důvodem k optimismu, ale může být ohrožen, pokud se vlády a podniky nespojí, aby zajistily, že světové elektrické sítě budou připraveny na novou globální energetickou ekonomiku, která rychle vzniká,“ řekl výkonný ředitel IEA Fatih Birol. „Tato zpráva ukazuje, co je v sázce a co je třeba udělat. Musíme investovat do sítí dnes, jinak budeme zítra čelit zablokování.“

Úloha elektřiny bude i nadále silně růst, což zvýší nároky na sítě. Zavádění nových technologií, jako jsou elektromobily a tepelná čerpadla, znamená, že elektřina expanduje do oblastí, kterým dříve dominovala fosilní paliva. Mezitím v zemích rychle přibývají projekty obnovitelných zdrojů energie, což vyžaduje více elektrických vedení pro jejich připojení k elektrizačním soustavám a vysoce funkční distribuční sítě, které zajišťují spolehlivé dodávky pro koncové zákazníky. To zahrnuje digitalizaci distribučních sítí a umožnění větší flexibility prostřednictvím reakce na poptávku a skladování energie.

Nový scénář vypracovaný pro tuto zprávu, tzv. scénář zpoždění sítě, zkoumá, co by se stalo, kdyby se investice do sítí nezvyšovaly dostatečně rychle a regulační reformy sítí byly pomalé. Zjistil, že kumulativní emise oxidu uhličitého (CO2) v letech 2030 až 2050 by byly téměř o 60 miliard tun vyšší v důsledku pomalejšího zavádění obnovitelných zdrojů, které by vedlo k vyšší spotřebě fosilních paliv. To odpovídá celkovým emisím CO2 z globálního energetického sektoru za poslední čtyři roky. Zvýšení globální teploty by tak výrazně překročilo cíl stanovený v Pařížské dohodě, tedy 1,5 °C, přičemž je 40 % pravděpodobnost, že překročí 2 °C.

Zpráva uvádí několik strategických opatření, která mohou něco změnit. Patří mezi ně rozšíření a posílení propojení sítí v rámci jednotlivých zemí, mezi zeměmi a mezi regiony, aby se zvýšila odolnost elektrických systémů a umožnilo se lépe integrovat rostoucí podíl solární a větrné energie. Zpráva doporučuje, aby vlády podpořily rozsáhlé projekty přenosových soustav a zajistily tak, že sítě budou připraveny na další výrazný nárůst energie z obnovitelných zdrojů. A vyzývá vývojáře a provozovatele sítí, aby se chopili digitalizace, která umožní, aby sítě budoucnosti byly odolnější a flexibilnější.

Potřeba rozhodných kroků je naléhavá, protože modernizace a rozšiřování sítí trvá dlouho. Plánování, povolování a realizace nové síťové infrastruktury často trvá 5 až 15 let – ve srovnání s 1 až 5 lety u nových projektů obnovitelných zdrojů energie a méně než 2 roky u nové nabíjecí infrastruktury pro elektromobily.

Zlepšování a rozšiřování síťové infrastruktury v zemích po celém světě bude vyžadovat silnější mezinárodní spolupráci. Rozvíjející se a rozvojové ekonomiky, s výjimkou Číny, zaznamenaly v posledních letech pokles investic do rozvodných sítí, a to navzdory silnému růstu poptávky po elektřině a pokračujícímu úsilí o dosažení cílů v oblasti přístupu k energii.

„Zajištění zdrojů, které rozvojový svět potřebuje k vybudování a modernizaci elektrických sítí, je pro mezinárodní společenství zásadním úkolem,“ uvedl Dr. Birol. „Mobilizací finančních prostředků, zajištěním přístupu k technologiím a sdílením osvědčených postupů v oblasti politik mohou přední ekonomiky pomoci zlepšit životy lidí, posílit udržitelný rozvoj a snížit rizika změny klimatu.“

Celou zprávu ve formátu PDF můžete stáhnout zde

Zpět na obsah

Klíčové technologické prvky energetických sítí

Schema rozložení klíčových technologických prvků energetické sítě

Vysvětlivky:

AC (Alternating Current) = střídavý proud;
DC (Direct Current) = stejnosměrný proud;
HVAC (High-Voltage Alternating Current) = střídavý proud vysokého napětí;
HVDC (High-Voltage Direct Current) = stejnosměrný proud vysokého napětí;
T&D (Transmission and Distribution) = Přenos a rozvod / distribuce

FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System)
= Flexibilní přenosový systém se střídavým proudem;

Institut elektrotechnických a elektronických inženýrů (IEEE) definuje FACTS jako „systém založený na výkonové elektronice a dalších statických zařízeních, která zajišťují řízení jednoho nebo více parametrů přenosové soustavy střídavého proudu za účelem zvýšení regulovatelnosti a zvýšení schopnosti přenosu energie“.

Podle společnosti Siemens „FACTS“ zvyšují spolehlivost střídavých sítí a snižují náklady na dodávku elektrické energie. Zlepšují kvalitu přenosu a účinnost přenosu elektrické energie dodáváním induktivního nebo kapacitního jalového výkonu do sítě, která obsahuje zdroje s produkcí vyšších harmonických a proměnlivým výkonem v čase, jako jsou větrné farmy, fotovoltaická pole a bateriová úložiště energie se střídači.

Úlohou systémů FACTS je
– Regulace napětí
– Kompenzace jalového výkonu pro infrastrukturu střídavé sítě
– Řízení toku činného výkonu v síti za účelem snížení přetížení přenosového vedení
– Zlepšení přechodové a dynamické stability sítí pro přenos elektrické energie

Stránku firmy Siemens „Flexible AC Transmission Systems“ najdete zde a informace v podobě souboru PDF tady.

Zpět na obsah

Shrnutí informací

Moderní, inteligentní a rozšířené sítě jsou pro úspěšnou transformaci energetiky nezbytné

Rozvodné sítě, které jsou páteří dnešních elektrických systémů, budou s postupujícím přechodem na čistou energii stále důležitější, ale v současné době se jim věnuje příliš málo pozornosti. Sítě dodávají energii domácnostem, podnikům a průmyslu již více než 100 let. Přechod na čistou energii je nyní hnací silou transformace našich energetických systémů a rozšiřuje úlohu elektřiny v ekonomikách. Přechod zemí na čisté nulové emise proto musí být podpořen většími, silnějšími a inteligentnějšími sítěmi.

Aby bylo možné dosáhnout národních cílů zemí v oblasti energetiky a klimatu, musí světová spotřeba elektřiny v příštím desetiletí růst o 20 % rychleji než v předchozím desetiletí. V rámci globální cesty k dosažení nulových čistých emisí do roku 2050, která je v souladu s omezením růstu globálních teplot na 1,5 °C, musí poptávka po elektřině růst ještě rychleji. Rozšířené sítě jsou rozhodující pro umožnění takové úrovně růstu, protože svět zavádí více elektrických vozidel, instaluje více elektrických systémů vytápění a chlazení a zvyšuje výrobu vodíku pomocí elektrolýzy.

Dosažení národních cílů také znamená, že do roku 2040 bude třeba doplnit nebo obnovit celkem více než 80 milionů kilometrů sítí, což odpovídá celé stávající globální síti. Sítě jsou nezbytné pro dekarbonizaci dodávek elektřiny a účinnou integraci obnovitelných zdrojů. Ve scénáři, v němž budou národní cíle zemí v oblasti energetiky a klimatu splněny včas a v plném rozsahu, se větrná a solární fotovoltaika budou podílet na celkovém nárůstu celosvětové energetické kapacity v příštích dvou desetiletích více než 80 %, zatímco v uplynulých dvou desetiletích to bylo méně než 40 %. Ve scénáři Mezinárodní energetické agentury (IEA), který počítá s nulovými emisemi do roku 2050, se větrná a solární energie podílí na tomto nárůstu téměř 90 %.
Urychlené zavádění obnovitelných zdrojů energie vyžaduje modernizaci distribučních sítí a zřízení nových přenosových koridorů pro připojení obnovitelných zdrojů – jako jsou projekty fotovoltaických elektráren v poušti a větrné turbíny na moři -, které jsou vzdálené od center poptávky, jako města a průmyslové oblasti.

Vývoj délky sítí ve vyspělých ekonomikách ve scénáři oznámených příslibů, 2021-2050
T&D (Transmission and Distribution) = Přenos a rozvod / distribuce

Vývoj délky sítí v rozvíjejících se tržních a rozvojových ekonomikách ve scénáři oznámených příslibů, 2021-2050
T&D (Transmission and Distribution) = Přenos a rozvod / distribuce

Moderní a digitální sítě mají zásadní význam pro zajištění bezpečnosti dodávek elektřiny při přechodu na čistou energii. S rostoucím podílem proměnlivých obnovitelných zdrojů energie, jako je fotovoltaika a vítr, musí být energetické systémy flexibilnější, aby se přizpůsobily změnám výkonu. Podle scénáře, který je v souladu s plněním národních cílů v oblasti klimatu, se potřeba flexibility soustavy v letech 2022 až 2030 zdvojnásobí. Sítě musí fungovat novými způsoby a využívat výhod distribuovaných zdrojů, jako je střešní solární energie, a všech zdrojů flexibility. To zahrnuje zavádění technologií pro posílení sítě a uvolnění potenciálu odezvy na straně poptávky a skladování energie prostřednictvím digitalizace.

Sítě se mohou stát slabým článkem přechodu na čistou energii

Ve frontách na připojení k síti čeká nejméně 3 000 gigawattů (GW) projektů obnovitelných zdrojů energie, z nichž 1 500 GW je v pokročilé fázi, což odpovídá pětinásobku objemu fotovoltaické a větrné kapacity přidané v roce 2022. To ukazuje, že sítě se stávají překážkou přechodu na čisté nulové emise. Počet projektů čekajících na připojení po celém světě je pravděpodobně ještě vyšší, protože údaje o těchto frontách jsou dostupné pro země, na které připadá polovina celosvětové kapacity větrné a fotovoltaické energie. Zatímco investice do obnovitelných zdrojů rychle rostou – od roku 2010 se téměř zdvojnásobily -, celosvětové investice do sítí se téměř nezměnily a zůstávají na úrovni přibližně 300 miliard USD ročně.

Zpoždění investic do sítí a jejich reformy by výrazně zvýšilo celosvětové emise oxidu uhličitého (CO2), zpomalilo přechod k energetice a znemožnilo dosažení cíle 1,5 °C. Pro tuto zprávu jsme vypracovali případ zpoždění sítě, abychom prozkoumali dopady omezenějších investic, modernizace, digitalizace a provozních změn, než jaké předpokládají scénáře IEA zaměřené na klima. Případ zpoždění sítě ukazuje, že se přechod na novou technologii zastaví, obnovitelné zdroje se budou využívat pomaleji a fosilní paliva se budou používat častěji. Kumulativní emise CO2 z odvětví energetiky do roku 2050 by byly v případě zpoždění sítě o 58 gigatun vyšší než ve scénáři, který je v souladu s vnitrostátními klimatickými cíli. To odpovídá celkovým celosvětovým emisím CO2 v energetice za poslední čtyři roky. Znamenalo by to také, že dlouhodobý nárůst globální teploty by výrazně překročil 1,5 °C, přičemž je 40 % pravděpodobnost, že překročí 2 °C.

Podíl fotovoltaiky a větrné energie na výrobě elektřiny v celosvětovém měřítku v případě zpoždění sítí a ve scénáři oznámených příslibů, 2010-2050

Celosvětové využití uhlí a zemního plynu při výrobě elektřiny v případě zpoždění sítí a ve scénáři oznámených příslibů, 2010-2050

Celosvětové emise CO2 v odvětví energetiky v případě zpoždění sítě a ve scénáři oznámených příslibů, 2010-2050

Dnešní opatření mohou zajistit sítě pro budoucnost

V době křehkých trhů se zemním plynem a obav o bezpečnost dodávek plynu zvyšuje nevybudování sítí závislost zemí na plynu. V případě zpoždění sítě je celosvětový dovoz plynu po roce 2030 o více než 80 miliard metrů krychlových ročně vyšší než ve scénáři, který je v souladu s národními klimatickými cíli – a dovoz uhlí je vyšší o téměř 50 milionů tun. Zpožděný rozvoj sítě také zvyšuje riziko, že se znásobí ekonomicky škodlivé výpadky. Již dnes stojí takové výpadky přibližně 100 miliard USD ročně, což představuje 0,1 % celosvětového HDP.

Je třeba přezkoumat a aktualizovat regulaci, aby podporovala nejen zavádění nových sítí, ale také lepší využívání aktiv. Regulace sítí musí motivovat sítě k tomu, aby držely krok s rychlými změnami v poptávce a nabídce elektřiny. To vyžaduje odstranění administrativních překážek, odměňování vysokého výkonu a spolehlivosti a podporu inovací. Je také třeba zlepšit regulační hodnocení rizik, aby bylo možné urychleně budovat a efektivně využívat infrastrukturu.

Plánování přenosových a distribučních sítí je třeba dále sladit a integrovat s rozsáhlými dlouhodobými plánovacími procesy vlád. Plánování, povolování a dokončení nové síťové infrastruktury často trvá pět až patnáct let, zatímco u nových projektů obnovitelných zdrojů energie je to jeden až pět let a u nové infrastruktury pro nabíjení elektromobilů méně než dva roky. Plány rozvodných sítí musí zahrnovat vstupy z dlouhodobých plánů přechodu na energetiku napříč odvětvími, předvídat a umožňovat růst distribuovaných zdrojů, propojovat regiony bohaté na zdroje, včetně větrných elektráren na moři, a zohledňovat vazby s dalšími odvětvími, včetně dopravy, budov a průmyslu a paliv, jako je vodík. Klíčové je důkladné zapojení zúčastněných stran a veřejnosti, aby bylo možné vypracovat scénáře. Veřejnost musí být informována o vazbě mezi sítěmi a úspěšnou energetickou transformací.

Aby bylo možné splnit národní klimatické cíle, musí se investice do sítí do roku 2030 téměř zdvojnásobit na více než 600 miliard USD ročně po více než desetileté stagnaci na globální úrovni, s důrazem na digitalizaci a modernizaci distribučních sítí. Znepokojující je, že rozvíjející se a rozvojové ekonomiky, s výjimkou Číny, zaznamenaly v posledních letech pokles investic do rozvodných sítí, a to navzdory silnému růstu poptávky po elektřině a potřebám přístupu k energii. Vyspělé ekonomiky vykazují stabilní růst investic do rozvodných sítí, ale je třeba zvýšit tempo, aby bylo možné rychle přejít na čistou energii. Investice po roce 2030 nadále rostou ve všech regionech.

Průměrné roční investice do sítí a obnovitelných zdrojů energie podle regionálních seskupení ve scénáři oznámených závazků, 2011-2050
EMDEs / Emerging Market and Developing Economies = rozvíjející se trhy a rozvojové ekonomiky
Renewables = Obnovitelné zdroje energie (OZE)

Budování sítí vyžaduje bezpečné dodavatelské řetězce a kvalifikovanou pracovní sílu. Vlády mohou podpořit rozšíření dodavatelských řetězců vytvořením pevných a transparentních projektových postupů a standardizací zadávání veřejných zakázek a technických zařízení. Musí také zajistit budoucí flexibilitu tím, že zajistí interoperabilitu všech různých prvků systému. Existuje také značná potřeba kvalifikovaných odborníků napříč celým dodavatelským řetězcem i u provozovatelů a regulačních institucí. Bude nezbytné vybudovat zásobárnu talentů, zajistit začlenění digitálních dovedností do učebních osnov v energetice a zvládnout dopady přechodu na novou energetiku a zvýšené automatizace na pracovníky prostřednictvím rekvalifikací a školení na pracovišti.

Nejdůležitější překážky rozvoje sítí se v jednotlivých regionech liší. V některých zemích, včetně Indie, Indonésie a Koreje, je hlavním problémem finanční zdraví podniků veřejných služeb, zatímco v mnoha rozvíjejících se tržních a rozvojových ekonomikách, zejména v subsaharské Africe, jsou hlavními překážkami přístup k financování a vysoké náklady na kapitál.
Finanční překážky lze řešit zlepšením způsobu odměňování rozvodných společností, podporou cíleného financování rozvodných sítí a zvýšením transparentnosti nákladů.
V jiných jurisdikcích, jako je Evropa, Spojené státy, Chile a Japonsko, se nejsilnější překážky týkají přijetí nových projektů veřejností a potřeby reformy právních předpisů. Zde mohou tvůrci politik urychlit pokrok v oblasti rozvodných sítí zlepšením plánování, zajištěním toho, aby hodnocení regulačních rizik umožňovalo předvídavé investice, a zefektivněním administrativních procesů.

Zpět na obsah