Vliv pandemie na provoz elektrizační soustavy

Situace spojená s opatřeními proti šíření nemoci COVID-19 se projevila v mnoha oblastech a mimo jiné se odrazila také ve změnách provozních ukazatelů elektrizační soustavy ČR. Společnost ČEPS zaznamenala pokles spotřeby, výroby i tranzitních toků, na druhou stranu pak nárůst napětí v rozvodnách přenosové soustavy. Provozovatel přenosové soustavy ČR proto kromě běžných nástrojů dispečerského řízení využil ve spolupráci s distribučními společnostmi také některá mimořádná opatření. Soustava díky tomu prošla tímto náročným obdobím ve standardním režimu, aniž by byla narušena bezpečnost a spolehlivost jejího provozu. V tomto článku se budeme věnovat vlivu pandemie na elektrizační soustavu v březnu, dubnu a květnu 2020.

Pandemie virového onemocnění COVID-19 zasáhla Českou republiku na začátku března 2020 a výrazně ovlivnila běžný život všech občanů. Opatření vydaná vládou České republiky s cílem zamezit šíření této choroby měla vliv na českou společnost i ekonomiku. Kromě viditelných důsledků opatření, jako jsou například omezení volného pohybu nebo povinnost nosit roušku, došlo i k méně viditelným důsledkům způsobeným kupříkladu zavřením nebo omezením provozu velkých výrobních závodů, odstávkami elektráren či omezením dopravy.

Změny v bilanci soustavy

Z pohledu dopadu na bilanci elektrické energie v ČR je vypovídající graf vývoje týdenní energie spotřeby v porovnání s minulými roky. Obrázek č. 1 znázorňuje propad spotřeby v souvislosti s mimořádnými opatřeními proti šíření onemocnění COVID-19. Uvedené hodnoty představují kvalifikované odhady z naměřených dat dostupných společnosti ČEPS. Tato data jsou následně přepočtena, a to i na základě údajů publikovaných ERÚ v rámci čtvrtletní bilance energie (výroby a spotřeby) ČR.

Velikost spotřeby i průběh zatížení na konci května odpovídají polovině července normálního roku. Na výši těchto hodnot má vliv mnoho faktorů. Zejména se jedná o:

• roční období (týden v roce)
• soboty a neděle
• svátky a jejich rozložení v týdnu
• průměrnou denní teplotu
• průměrnou délku slunečního svitu
• ekonomický cyklus

Obecně lze konstatovat, že i přes poklesy v době ekonomických krizí má hodnota spotřeby v posledních několika letech trvale mírně rostoucí trend. Z výše uvedených důvodů je porovnání některých dnů (hlavně do vzdálenější minulosti) velmi nesnadné a problematické. V grafech týkajících se průběhu spotřeby je proto zobrazeno srovnání s průměrem a rozmezím několika posledních let. Meziroční pokles brutto spotřeby za celý březen dosáhl 1,6 %, v dubnu již dosahoval 12,3 %, v květnu dosáhl 13,7 %. Absolutní velikost spotřeby se ke konci května již mírně zvyšuje.

Pokles změřené spotřeby zaznamenává společnost ČEPS již od pondělí 9. března 2020. Ve dvou týdnech po 22. březnu se pokles změřené spotřeby zastavil, což bylo způsobeno extrémně chladným a deštivým počasím, kdy se průměrná denní teplota pohybovala cca 6 stupňů pod dlouhodobým normálem. V týdnu od 5. dubna se již naplno projevily dopady spojené s omezením výroby ve velkých továrnách. Tato skutečnost v kombinaci s teplým a slunečným počasím způsobila výrazný pokles spotřeby. Její velikost se pohybovala kolem hodnot odpovídajících dnu ročního minima (svátky na počátku července či přelom července a srpna).

Pro eliminaci výkyvů počasí je proveden přepočet (korekce) letošních i loňských hodnot spotřeby na normály teploty a slunečního svitu – viz následující graf na obrázku č. 3. Celkový mezitýdenní pokles spotřeby v pracovních dnech dosáhl v týdnech před Velikonocemi a po Velikonocích 15 % a na konci dubna 11 %. V prvních dvou dekádách května hodnoty stagnují kolem 12 %. Důvodem je poměrně vysoká spotřeba v květnu minulého roku, se kterou hodnoty srovnáváme. V posledním květnovém týdnu se pokles spotřeby snížil na 9 %.

Graf na obrázku č. 4 zobrazuje průběh denního diagramu brutto zatížení ČR na konci druhé květnové dekády 2020 a dokumentuje jeho přetrvávající meziroční pokles, kdy tvar křivky zůstává v podstatě zachován. Konstantní rozdíl v průměrné výši přibližně 900 MW oproti předchozím rokům je patrný ve všech hodinách pracovních dnů, což je způsobeno propadem spotřeby v důsledku omezení provozu velkých výrobních závodů nebo dopravy. Zobrazeny jsou průběhy zatížení pracovních dnů (uprostřed pracovního týdne) s podobnými hodnotami teplot a slunečního svitu.

Pandemie ovlivnila rovněž saldo výměn elektrické energie se zahraničím. V deseti dnech sledovaného období byla naše soustava čistě importní, což je z hlediska historie mnoha minulých let výjimečné. Pokles výroby ve srovnání s rokem 2019 je v důsledku sníženého exportu výrazně vyšší než pokles spotřeby (viz obrázek 5). Za celý březen dosáhl 6,9 %, v dubnu se již vyšplhal na 18,1 %. V květnu dosáhl celkový pokles výroby 15,8 %, kdy velice nízké hodnoty na počátku měsíce jsou vyváženy nárůstem hodnot po 10. květnu vlivem zvyšujícího se exportního salda.

Mimo plánovaných pravidelných odstávek dochází k odstavování některých bloků (zejména uhelných) do zálohy kvůli nedostatečné poptávce a s ní spojenému poklesu cen elektrické energie. Provoz je omezen zejména na bloky poskytující služby výkonové rovnováhy.

Změna nasazení bloků se projevuje i v energetickém mixu (podílu zdrojů na výrobě brutto), pokles podílu parních elektráren navyšuje podíl zejména paroplynových elektráren (ačkoliv se jejich celkové nasazení nemění), které jsou díky své flexibilitě schopny pružně reagovat na situaci na trhu a pokrývat tak požadavky provozovatelů. Obrázky 6 a 7 dokumentují průměrnou denní výrobu v jednotlivých týdnech od března do května a celkovou vyrobenou energii za duben.

Po dobu pandemie obchodníci zajišťující elektřinu pro odběratele spíše nadhodnocují jejich spotřebu, a tak dochází k přebytku elektřiny v systému. Řeší se zcela neobvyklá situace, kdy chybí předcházející zkušenost a není jednoduché predikovat dopad pandemie na spotřebu elektřiny. V soustavě je tak v průměru přebytková výkonová bilance, která se promítá do systémové odchylky. Za poslední tři měsíce je průměrná denní systémová odchylka přibližně 45 MWh, zatímco ve stejném období v loňském roce byla pouze 18 MWh. (viz obrázek 8) Pro udržení vyrovnané výkonové bilance je tak nutné aktivovat více záporné služby výkonové rovnováhy.

Plnění kritéria N-1 a změny napětí

Bezpečnost přenosové soustavy je posuzována mj. pomocí plnění kritéria N-1, které zjednodušeně označuje stav, kdy výpadkem kteréhokoliv prvku v PS nedojde k přetížení jiného prvku v PS i DS v ČR nebo zahraničních soustavách. Vlivem pandemie COVID-19, a s ní spojeným poklesem spotřeby, výroby, exportu i tranzitních toků přes PS ČR, dochází k odlehčení vnitrostátních vedení, což má pozitivní dopad na plnění tohoto kritéria. Pro ilustraci je na obrázku č. 9 zobrazen meziměsíční pokles přenesené energie přes PS ČR za rok 2020 ve srovnání s rokem 2019.

Na rozdíl od pozitivního vlivu snížení zatížení PS na plnění proudového kritéria N-1 je dopad na napětí v PS naopak negativní. Následkem poklesu spotřeby i výroby elektrické energie dochází ke snížení vnitrostátních přenosů a odlehčení vedení. Nezatížená vedení PS se chovají jako kondenzátory a generují jalovou energii, která vede ke zvýšení napětí v nejbližším okolí. Instalované kompenzační prostředky na spotřebu jalové energie jsou proto maximálně využívány a i všechny provozované zdroje včetně jaderných elektráren musí podle svých možností spotřebovávat jalovou energii podbuzením generátorů. Následující obrázek č. 10 dokumentuje výrazný nárůst nasazení regulačních prostředků jalového výkonu ve srovnání s rokem 2019.

Snížení zatížení elektrizační soustavy, které v některých dnech dosahuje podobných hodnot jako roční minimum (vyskytující se obvykle o letních prázdninách), zapříčiňuje zvýšenou výrobu jalového výkonu na nezatížených vedeních. Na srovnávacích dnech (pracovní den v roce 2019 a 2020 s podobnými venkovními teplotami a slunečním osvitem) je vidět posun v potřebě nasazení regulačních prostředků, jejichž průměrná výroba se pro regulaci napětí posunula ze 171 MVAr na hodnotu téměř 1500 MVAr.

S výhodou se také využívá navyšování toků přes PS kladnou regulací transformátorů s příčnou regulací v Hradci u Kadaně (PST), které byly instalovány pro zajištění bezpečných toků přes PS. Během víkendů i nocí v pracovním týdnu jsou postupně vypínána málo zatížená vedení, která podle své délky nejvíce generují jalový výkon. Výběr těchto vedení zohledňuje standardy bezpečnosti tak, aby nedošlo k porušení kritéria N-1 a nadále byla zajištěna dostatečná přenosová kapacita a stabilita soustavy. Odstavením některých elektráren dochází ke ztrátě regulačních prostředků v příslušné uzlové oblasti a kvůli velkým problémům s napětím musí být odstavena celá rozvodna.

Častěji je také využíván kompenzační režim přečerpávacích elektráren, a to hlavně na PVE Dlouhé Stráně. K aktivacím dochází bezmála každý víkend (viz obrázek 11), typicky v nočních a brzkých ranních hodinách. Od počátku trvání pandemie je kompenzační režim přečerpávacích elektráren využit již dvanáctkrát. V loňském roce byl pro srovnání tento počet dosažen až v prosinci. Kompenzační režim se zpravidla využíval v létě pro regulaci napětí při sníženém zatížení soustavy.

Převádění spotřeby z dotčených uzlových oblastí na sousední je úkolem provozovatelů distribučních soustav, kteří se potýkají s řadou technických omezení ve snaze neomezit odběratele probíhajícími manipulacemi v sítích 110 kV. Mimo to jsou využívány legislativní možnosti pro řízení výroben v DS pro potřeby PS. Díky nim je ve spolupráci s provozovateli distribučních soustav cíleně spotřebováván přebytečný jalový výkon, a to pomocí koordinovaných změn odboček transformátorů a podbuzením zdrojů v DS včetně těch obnovitelných. To vše vyžaduje dokonalou komunikaci a koordinaci kroků mezi pracovníky dispečerského řízení společnosti ČEPS i všech provozovatelů distribučních soustav. Díky všem výše uvedeným mimořádným opatřením se daří udržovat napětí v bezpečných mezích.

Závěr

Pokles spotřeby elektrické energie koreluje s mírou přijatých opatření. Od 11. března je znatelný postupný pokles spotřeby, částečně omezený studenou vlnou ve 13. a 14. týdnu. Od následujícího týdne však klesající trend pokračuje a v polovině dubna tento pokles dosahuje úrovně až 15 %. V polovině května se pokles spotřeby pohybuje okolo 12 %, na konci května 9 %, vše ve srovnání s rokem 2019 v pracovních dnech, po přepočtu na normály průměrné teploty a délky slunečního svitu. Z důvodu poklesu spotřeby elektřiny v celé Evropě spolu s vysokou výrobou z obnovitelných zdrojů dochází k převisu nabídky na trhu s elektřinou. Po většinu doby trvání pandemie je v soustavě spíše přebytková výkonová bilance. Zároveň nastaly situace, kdy se Česká republika v několika dnech stala čistě importní zemí v důsledku nízké ceny silové elektřiny.

Vlivem pandemie COVID-19 a s ní spojeného poklesu spotřeby, výroby i tranzitních toků přes PS ČR dochází k odlehčení vnitrostátních vedení, což má pozitivní dopad na plnění kritéria N-1. Na druhou stranu pokles spotřeby a z toho vyplývající pokles zatížení soustavy v kombinaci s odstavením zdrojů vedou k překračování horního limitu napětí v soustavě. V některých uzlech dochází odstavením uhelných elektráren ke ztrátě regulačních prostředků jalového výkonu. Tyto situace řeší ČEPS v koordinaci s provozovateli DS a výrobci, mimo jiné kompenzačními prostředky na spotřebu jalové energie a vypínáním málo zatížených vedení či rozvoden.

Definice a zkratky

• DS - Distribuční soustava
• ERÚ - Energetický regulační úřad
• FVE - Fotovoltaická elektrárna
• JE - Jaderná elektrárna
• PE - Parní elektrárna
• PPE - Plynová spalovací a paroplynová elektrárna
• PPS - Provozovatel přenosové soustavy
• PS - Přenosová soustava
• PVE - Přečerpávací elektrárna
• SVR - Služby výkonové rovnováhy
• VE - Vodní elektrárna
• VtE - Větrná elektrárna
• Saldo - Součet importních a exportních toků činného výkonu
• Spotřeba brutto - Výroba brutto + import – export – spotřeba na přečerpávání [MWh]
• Výroba brutto - Výroba změřená na svorkách generátorů [MWh]
• Zatížení brutto - Okamžitá hodnota spotřeby brutto [MW]

Ing. Zdeněk Fučík, Ing. Jiří Šrank, Ing. Jan Tesař
ČEPS, a.s.