Přenos elektrické energie

Nadzemní vedení velmi vysokého napětí

Elektrická přenosová soustava je nejvyšší struktura propojující výrobu elektrické energie v elektrárnách přes distribuční soustavy s koncovými odběrateli (domácnosti, firmy). Využívá zejména nadzemní elektrické vedení a velké rozvodny, které pomocí transformátorů snižují vysoké napětí používané pro dálkové přenosy elektrické energie na nižší napětí. Přenosová soustava je strategickou infrastrukturou nutnou pro zajištění chodu státu, a proto je v České republice v majetku státní společnost ČEPS, a. s.

Obecný způsob fungování

Stožár elektrického vedení 400 kV u Prahy

Přenosová soustava by se dala zhruba přirovnat k dálniční síti – tvoří páteř přenosu elektrické energie a zajišťuje přenosy na velké vzdálenosti a ve velkých objemech.

Alternátory v elektrárnách obvykle pracují se jmenovitým napětím pouze několika tisíc voltů. Při výkonech stovek MW pak z alternátoru teče proud v řádu desítek tisíc ampérů. Vedení pro takové proudy by však muselo mít extrémně velké průřezy vodičů a muselo by být schopno mechanicky odolávat působení značných magnetických sil. Na činném odporu takového vedení by vznikaly úbytky napětí přímo úměrné protékajícímu elektrickému proudu, které by při delších vedeních představovaly podstatné ztráty přenášeného výkonu, úměrné druhé mocnině proudu. Pro přenos na velké vzdálenosti je proto výhodnější použít vyšší napětí, kdy pro přenesení stejného výkonu postačí úměrně menší proud. Kromě omezení ztrát je pak i realizace dálkových vedení nesrovnatelně jednodušší i levnější.

Napětí elektrického proudu se zvyšuje na vyšší přenosové napětí pomocí transformátorů, umístěných zpravidla přímo v areálu elektrárny. Za přenosová napětí se obvykle považují hodnoty nad 110 kV a ve světě jsou provozována i vedení s napětím nad 1 MV. Na výstupu z přenosové soustavy jsou zařazeny snižující transformátory, dodávající elektřinu do distribuční sítě, na napětích např. 22 kV.

Přenosovou soustavu tvoří především soustava dlouhých nadzemních vedení velmi vysokého napětí. Dále pak kabely, transformátory, odpojovače, vypínače, bleskojistky, kompenzační prvky a systémy řízení a regulace sítě. Cílem řízení sítě je udržení konstantních standardních parametrů dodávané energie (především dodržení jmenovité frekvence, což je v Evropě 50 Hz, a jmenovitého napětí) a samozřejmě nepřerušená dodávka energie ke spotřebiteli.

Elektrická energie je výjimečná tím, že je v celé síti nutné zajistit rovnováhu mezi její okamžitou výrobou a spotřebou. Elektrickou energii je totiž obtížné skladovat (náhradou skladů jsou přečerpávací elektrárny, případně baterie). Pokud spotřeba výrazně přesáhne výrobu, dochází k poklesům napětí (a současně frekvence) a vlivem toho k většímu namáhání generátorů a vodičů, pokud naopak výroba výrazně přesáhne spotřebu, napětí (a spolu s ním frekvence) vzroste a může docházet k poškozování rozvodné sítě a napájených spotřebičů.[1] Kvůli energetické efektivitě soustavy je navíc potřebné udržet nízký fázový posuv mezi napětím a proudem, což vyžaduje zařazení zvláštních kompenzačních prvků dodávajících tzv. kompenzační výkon.

V blízké budoucnosti se očekává[kdo?] výraznější rozvoj využití stejnosměrných soustav, které eliminují kapacitní ztráty, a pro stejný přenášený výkon zabírají vedení menší prostor. Ve vzdálenější budoucnosti by se při přenosu elektrické energie mohla uplatnit supravodivá vedení.

Mezinárodní agentura pro energii varuje, že je nedostatečné úsilí v posilování národní i mezinárodní přenosové soustavy, takže při budoucím nárůstu spotřeby elektrické energie nebude soustava stačit.[2]

Část přenosové soustavy ve Francii – ilustrativní fotografie

Výpadky

Potíže v přenosové soustavě bývají jednou z příčin rozsáhlých výpadků dodávky elektrické energie. Důvodem může být např. poškození důležitých venkovních vedení působením nepříznivých přírodních podmínek (námraza, silný vítr, prudká letní bouře apod.), ale i celkovým přetížením soustavy. Zařízení přenosové soustavy jsou proto vybavena pojistnými prvky, které zajistí odpojení vybraných odběratelů v případě, že by hrozilo zničení nebo rozpad sítě vlivem jejího přetížení. Pokud by se tak nestalo, je zde reálná možnost tzv. kaskádového šíření poruchy – po selhání přetíženého vedení vzroste přetížení zbytku sítě, jsou postupně odpojeny další a další prvky sítě, případně až po zcela nežádoucí kompletní rozpad celé přenosové soustavy. Z ekonomických důvodů je vhodné, pokud to je možné, odpojovat nejprve ty odběratele, kde výpadek napájení způsobí nejmenší hospodářské škody.

Na správné funkci přenosové soustavy závisí i značná část primární výroby elektrické energie, většina elektráren potřebuje ke svému spuštění elektrickou energii dodávanou z elektrorozvodné sítě nebo elektřinu, kterou si elektrárna sama přímo vyrábí (tzv. energie vlastní spotřeby).

V tepelných elektrárnách je elektrická energie bezpodmínečně nutná k provozu čerpadel chladicí a napájecí vody, palivových kulových mlýnů, dmychadel, pásových dopravníků a dalších pomocných technologických celků. V případě kompletního výpadku sítě je tak obnova jejího provozu náročný a postupný proces (jenž je i poměrně zdlouhavý), kdy se nejprve spustí část vnějších energetických zdrojů, která je schopna fungovat bez dodávky elektrické energie ze sítě, takto získaný výkon se pak použije ke spuštění základních tepelných elektráren a teprve poté se postupně k síti připojují jednotliví odběratelé.

Přenosová soustava v České republice

Přenosová soustava

Československo propojilo svou přenosovou soustavu s dalšími zeměmi RVHP v roce 1962. Vzniká tak Centrální dispečerská organizace propojených energetických soustav (CDO PES) se sídlem v Praze (Jungmannova 29).

Přenosovou soustavu v České republice provozuje státní společnost ČEPS, a. s. Síť tvoří vedení vvn 400 kV, 220 kV, vybraná vedení 110 kV a padesát transformačních stanic. Mezinárodně je síť šestnácti vedeními propojena se sítěmi dalších členů ENTSO-E (Evropská síť provozovatelů přenosových soustav elektřiny). V roce 2006 se přenášený výkon pohyboval od 4,9 GW do 11,4 GW (rekordní hodnota v zimní špičce).[3]

ČEPS zajišťuje regulaci soustavy jednak vlastními prostředky, a také dálkovým ovládáním výkonu dobře regulovatelných zdrojů, jako jsou vodní a přečerpávací elektrárny (Dlouhé stráně, Dalešice, Štěchovice).

Systémové a podpůrné služby

Systémové služby slouží k zajištění spolehlivosti dodávky elektrické energie a k zajištění její kvality. Kvalita elektrické energie v síti České republiky je určena definovanými parametry, jako jsou velikost napětí, frekvence, sinusový průběh napětí a symetrie mezi jednotlivými fázemi v třífázové soustavě.

Mezi systémové služby patří:

  • Udržování kvality elektřiny
  • Udržování výkonové rovnováhy
  • Obnovení provozu
  • Dispečerské řízení

Zajištění systémových služeb je prováděno skrze tzv. podpůrné služby (PpS), pomocí kterých je možné korigovat rozdíly mezi výrobou a spotřebou elektřiny, a to změnami spotřeby nebo výkonů zdrojů.

Právo, nikoliv povinnost, tyto nabízet PpS má každý subjekt připojený do elektrizační soustavy při splnění technických a obchodních podmínek stanovených provozovatelem přenosové soustavy. V České republice je v současnosti přibližně 20 poskytovatelů PpS.

PpS jsou detailně definovány a popsány ve zmíněném Kodexu PS a lze je rozdělit do tří skupin:

  1. PpS nakupované na volném trhu nebo prostřednictvím výběrových řízení:
    • primární regulace frekvence bloku (PR)
    • sekundární regulace výkonu bloku (SR)
    • minutová záloha 5minutová (MZ5)
    • minutová záloha 15minutová (MZ15)
    • minutová záloha 30minutová (MZ30)
    • snížení výkonu (SV30)
  2. PpS nakupované prostřednictvím přímé smlouvy s poskytovatelem PpS:
    • sekundární regulace napětí/jalového výkonu (SRUQ)
    • schopnost startu ze tmy (BS)
    • schopnost ostrovního provozu (OP)
  3. Výpomoc ze synchronně pracujících soustav:
    • havarijní smlouvy
    • operativní dodávka elektřiny z/do zahraničí (EregZ)

Reference

  1. ↑ ZAMOUŘIL, Jakub; KRČÁL, Jan. Jak se na trhu stanovuje cena elektřiny? [online]. Otevřená data o klimatu, 2022-03-02 [cit. 2023-04-14]. Dostupné online. 
  2. ↑ Lack of ambition and attention risks making electricity grids the weak link in clean energy transitions: Report. techxplore.com [online]. [cit. 2023-10-18]. Dostupné online. 
  3. ↑ Archivovaná kopie. www.ceps.cz [online]. [cit. 2006-07-26]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2006-07-21. 

Související články

Externí odkazy

Zdroj