Slovenské elektrárne aktuálne modernizujú prečerpávaciu elektráreň Čierny Váh. Jej súčasťou bude aj nová technológia, vďaka ktorej sa má stať inžinierskym unikátom vo svete.
Prečerpávaciu vodnú elektráreň (PVE) Čierny Váh vybudovali ešte v druhej polovici 20. storočia. Nachádza sa v Nízkych Tatrách. Zatiaľ čo horná nádrž bola postavená na krasovej plošine Vyšné Sokoly v nadmorskej výške 1 160 metrov, dolná, nachádzajúca sa o niekoľko stoviek výškových metrov nižšie, je v údolí rieky Čierny Váh.
Výstavba sa začala v roku 1976 a cieľom tohto diela bolo hľadať spôsoby, ako efektívne pokrývať špičky v spotrebe elektriny a uskladňovať energiu z jadrových a tepelných elektrární, ktoré vyrábali elektrickú energiu nepretržite, teda aj v noci, keď bol odber nízky.
Najväčšou výzvou bolo vybudovanie hornej nádrže umiestnenej na kopci. Keďže nemala vlastný prítok vody, musela byť dokonale utesnená, aby voda nepretekala do vápencového podložia. Podarilo sa to po šiestich rokoch, plne funkčná bola v roku 1982.
Elektráreň ako baterka
Takéto elektrárne fungujú ako obrovské „nabíjateľné batérie“. Keď je v sieti prebytok elektriny, napríklad v noci z atómových elektrární alebo okolo poludnia za slnečného počasia z fotovoltických, čerpadlá vytlačia vodu z dolnej nádrže do hornej cez obrovské podzemné potrubia.
Keď je, naopak, v rannej špičke spotreba elektriny vysoká, voda sa spustí z hornej nádrže a prekoná prevýšenie 430 metrov. V potrubí roztočí nižšie umiestnené turbíny, ktoré začnú vyrábať elektrinu. Takto „nabíjateľná batéria“ plnila svoju úlohu a fungovala desiatky rokov.
Už viac ako štyridsať rokov je PVE Čierny Váh dôležitou súčasťou slovenskej energetiky pre stabilizáciu prenosovej sústavy. Dnes patrí do portfólia Slovenských elektrární a aktuálne prebieha veľká modernizácia celého zariadenia.
Po jej dokončení postúpi toto dielo do „vyššej ligy“. Okrem pôvodnej funkcie bude zohrávať aj významnú úlohu pri integrácii obnoviteľných zdrojov a prevencii blackoutov. Vďaka svojim proporciám to bude inžiniersky unikát a podľa elektrární Slovensko získa svetové prvenstvo.
„Po uvedení do prevádzky očakávame, že k nám budú chodiť delegácie z celého sveta, aby sa inšpirovali naším projektom. Dovolím si preto povedať, že aj z tohto hľadiska to bude nielen slovenský, ale aj svetový unikát,“ hovorí o novinke pre Forbes Tomáš Šimovič, manažér rozvoja spoločnosti Slovenské elektrárne.
Prečerpávacia vodná elektráreň Čierny Váh je na konci svojej technickej životnosti. Na to, aby sme ju mohli bezpečne prevádzkovať ďalších 30 až 50 rokov, potrebuje rozsiahlu modernizáciu. Jedným z najdôležitejších prínosov modernizácie bude regulácia výkonu v čerpadlovej prevádzke. Pôvodná technológia totiž takúto reguláciu neumožňuje, možné je len čerpanie na jednej hodnote príkonu čerpadla.
A práve tu zohráva kľúčovú rolu spomínaný frekvenčný menič. Vďaka nemu budeme môcť zabezpečiť reguláciu výkonu čerpadlovej prevádzky, a tým aj možnosť regulácie energetickej siete. Z Čierneho Váhu sa tak stane výborný „parťák“ pri rozvoji fotovoltických elektrární v našom regióne.
Ako to bude fungovať v praxi?
Počas slnečných dní výroba z fotovoltických elektrární začne dopoludnia prudko rásť a poobede zase prudko klesať. Keď je v systéme veľa energie z fotovoltických elektrární, cena na veľkoobchodnom trhu s elektrinou klesá k nule alebo aj záporným hodnotám a flexibilným elektrárňam sa neoplatí elektrinu vyrábať.
Pre prevádzkovateľa prenosovej sústavy je takýto stav nevyhovujúci. Potrebuje totiž v každom okamihu dosť zdrojov na to, aby mohol zabezpečiť kľúčový aspekt elektrizačnej sústavy, teda nepretržité vyrovnanie výroby a spotreby elektrickej energie. Inak hrozí blackout, ako sa tento rok stal v Španielsku, Portugalsku a dokonca aj na časti územia Česka.
Slovenské elektrárne
Takže vďaka frekvenčnému meniču môžeme predchádzať blackoutom?
Regulácia siete pri čerpadlovej prevádzke pomocou frekvenčného meniča, ktorá je súčasťou projektu SE Integrátor, je výborný spôsob, ako vykompenzovať variabilitu fotovoltickej produkcie. Pri veľkom objeme výroby aj malá chyba predikcie môže znamenať veľký objem v megawatthodinách, ktorý treba dodať alebo absorbovať v krátkom čase.
Pridaná hodnota frekvenčných meničov na Čiernom Váhu je aj v tom, že horná nádrž dokáže uskladniť stále skoro dvakrát viac energie ako najväčšie batériové úložisko na svete v Kalifornii. Vďaka nim vieme vyriešiť problém aj v štrukturálnej skladbe zdrojov na Slovensku – máme teplárne, ktoré v zime popri výrobe tepla a elektriny dokážu aj regulovať sieť. V lete, keď teplárne teplo nevyrábajú, Slovensko potrebuje flexibilný zdroj, ktorý by reguloval sieť pri nulových alebo záporných cenách elektriny na veľkoobchodnom trhu.
Čierny Váh bude inžinierskym unikátom vďaka dvom najväčším frekvenčným meničom určeným pre prečerpávaciu vodnú elektráreň. Budeme mať svetové prvenstvo. Aktuálne najväčší menič na svete je umiestnený na prečerpávacej vodnej elektrárni Grimsel vo Švajčiarsku. Ide o menič s inštalovanou kapacitou 100 megavoltampérov.
Modernizovaná PVE Čierny Váh získa:
- Dodatočnú kapacitu na reguláciu sústavy s regulačným rozsahom medzi –712 MW a 790 MW.
- Väčšiu kapacitu na reguláciu napätia.
- Viac kapacity a elektriny na štart z tmy.
- Väčšiu efektívnosť úložiska (76,6 % oproti súčasným 73 % pre PVE, 77 % v kombinácii s batériou).
- Rýchlu zmenu výkonu nahor aj nadol a umožní poskytovanie primárnej, sekundárnej aj terciárnej regulácie z jedného úložiska.
- Dodatočných približne 80 MW výrobnej kapacity, ktorá navýši dostupnú výrobnú kapacitu a zdrojovú primeranosť.
- Prispeje k integrácii obnoviteľných zdrojov a zníži intenzitu CO2 elektrizačnej sústavy nahradením výroby a regulácie sústavy z fosílnych zdrojov.
Na Čiernom Váhu budú meniče s inštalovanou kapacitou o minimálne 20 percent vyššou, ale aj s najmodernejšou polovodičovou technológiou IGBT a s tzv. modular multi level topológiou. Tieto meniče majú výbornú efektivitu, redundanciu a budú veľkým pomocníkom pre prevádzkovateľa prenosovej sústavy. Po uvedení do prevádzky očakávame, že k nám budú chodiť delegácie z celého sveta, aby sa inšpirovali naším projektom. Dovolím si povedať, že aj z tohto hľadiska to bude nielen slovenský, ale aj svetový unikát.
Súčasťou projektu je aj vybudovanie batérie na Čiernom Váhu s kapacitou 100 megawattov. Bude to najväčšia batéria na Slovensku?
V rámci projektu v súčasnosti uvažujeme o batérii s výkonom 80 megawattov a kapacitou 160 megawatthodín. Čierny Váh by teda skutočne disponoval najväčšou batériou na Slovensku. Jej veľkosť sa snažíme zadefinovať tak, aby čo najefektívnejšie dopĺňala technické parametre modernizovanej elektrárne Čierny Váh.
V turbínovej prevádzke dokážeme regulovať sústavu, no sú tam výkonové rozsahy, ktoré nie sme schopní pokryť. Nová batéria nám umožní tieto medzery vo výkonových rozsahoch vyplniť tak, že lokalita Čierny Váh bude schopná poskytovať akýkoľvek výkon od zhruba –700 megawattov v čerpadlovej prevádzke po viac ako +700 megawattov v turbínovej prevádzke.
Týmto spôsobom vieme skombinovať silné stránky obidvoch technológií – obrovské množstvo energie v hornej nádrži, ktorá by pokryla ročnú spotrebu elektriny pre asi 1 600 domácností na Slovensku, s rýchlou reakciou batérie pre reguláciu siete. Kombináciou prečerpávačky a batériového úložiska získame zdroj, ktorý reaguje extrémne rýchlo – buď veľmi svižnú prečerpávačku, alebo ekvivalent obrovskej batérie.
„Mozog“ celého systému bude inteligentný algoritmus umelej inteligencie, ktorý správne nastaví výkon batérie a strojov elektrárne v každom okamihu pre čerpanie alebo výrobu, podľa potrieb siete.
Slovenské elektrárne
Prečo sú v dnešnej dobe prečerpávacie elektrárne potrebné?
Dnes sú potrebné viac ako kedykoľvek predtým. Základná vlastnosť elektrizačnej sústavy je, že spotreba sa musí rovnať výrobe v každom okamihu, inak nastáva blackout. Už v minulosti robili prečerpávacie vodné elektrárne sieti veľkú službu tým, že vyrovnávali fluktuáciu spotreby elektriny a predstavovali záložný zdroj pri výpadku veľkého výrobného zdroja.
Dnes, hlavne s rozvojom fotovoltických elektrární, sú obdobia s prebytkom výroby v sieti, ktoré trvajú aj niekoľko hodín a stále ich pribúda. Práve v takýchto obdobiach prichádza k čerpaniu a uskladňovaniu elektriny v hornej nádrži v podobe potenciálnej energie vody. Prevádzkové dáta slovenských prečerpávačiek neklamú – vidíme stále rastúci počet motohodín turbogenerátorov, čo dokazuje, že tento typ vodných elektrární je využívaný stále intenzívnejšie.
Rozvoj obnoviteľných zdrojov si bude vyžadovať uskladňovanie naozaj obrovských množstiev energie a práve tento typ elektrární bude zohrávať v budúcnosti čoraz dôležitejšiu úlohu. Vidíme to aj v desaťročnom pláne Európskej únie na rozvoj európskej prenosovej sústavy. Ďalší dôležitý faktor v dnešnom svete plnom geopolitických rizík je, že dodávateľský reťazec pre výstavbu, prevádzku a modernizáciu prečerpávacích vodných elektrární je čisto v európskych rukách. Nevytvárame si teda závislosť od hráčov mimo Európy tak, ako to bolo v prípade plynu počas energetickej krízy.
Je segment regulačných služieb výnosnejší ako samotná výroba elektriny?
Elektráreň Čierny Váh poskytuje hlavne službu trojminútovej rezervy mFRR (manual frequency restoration reserve). Táto služba poskytuje prevádzkovateľovi prenosovej sústavy poslednú „záchrannú“ brzdu v prípade neočakávanej udalosti v sieti, napríklad pri náhlom prerušení výroby veľkého zdroja alebo pri poruche dôležitého vedenia.
Na Čiernom Váhu sú na tieto účely stále pripravené dva až tri stroje. Dôvodom, prečo je to tak, je skutočnosť, že na Slovensku je Čierny Váh jednoznačne najväčší zdroj, ktorý dokáže takúto službu poskytnúť.
Ceny regulačných služieb podliehajú cenovej regulácii. V súčasnosti sú príjmy z regulačných služieb a poskytovania flexibility, čiže špičkovej prevádzky, na dennom a vnútrodennom trhu približne na rovnakej úrovni. Celkovo sa teda nedá povedať, že by bol segment regulačných služieb výnosnejší ako výroba elektriny.
Slovenské elektrárne
Kedy má byť projekt dokončený?
V priebehu roku 2031. V projekte napredujeme, prakticky každý mesiac sa nám podarí dosiahnuť nejaký dôležitý technický míľnik. Intenzívne pracujeme na technickom dizajne a nastavení jednotlivých častí tak, aby fungovali spoločne ako celok. Výsledky sú veľmi dôležité pre technický dizajn nových motorgenerátorov a frekvenčných meničov.
Európska komisia zároveň zaradila náš projekt SE Integrátor na Čiernom Váhu už druhýkrát na prestížny zoznam projektov spoločného záujmu (PCI), publikovaný 1. decembra. Zaradenie na tento zoznam najdôležitejších projektov európskej energetickej infraštruktúry dokazuje význam nielen pre Slovensko, ale aj pre celý región a pridanú hodnotu pre integráciu obnoviteľných zdrojov a prevenciu blackoutov.
Prestížny zoznam
Európska komisia začiatkom decembra udelila 235 cezhraničným energetickým projektom štatút projektov spoločného záujmu a projektov vo vzájomnom záujme, čo je druhý takýto zoznam od ich spustenia v roku 2023. Medzi projektmi je aj SE Integrátor na Čiernom Váhu od Slovenských elektrární.
Tieto vybrané projekty majú za cieľ integrovanie európskeho vnútorného trhu s energiou a pomôcť EÚ pri dosahovaní jej cieľov v oblasti energetiky a klímy: poskytovanie cenovo dostupnej, bezpečnej a udržateľnej energie pre všetkých Európanov a zároveň dosiahnutie klimaticky neutrálneho hospodárstva do roku 2050.
Zoznam vybraných projektov spoločného záujmu a projektov vo vzájomnom záujme zahŕňa:
- 113 projektov v oblasti elektrickej energie, elektrickej energie na mori a inteligentných elektrických sietí, ktoré budú nevyhnutné na integráciu rastúceho podielu obnoviteľných zdrojov energie.
- 100 projektov v oblasti vodíka a elektrolyzérov, ktoré budú zohrávať významnú úlohu pri integrácii a dekarbonizácii energetického systému EÚ.
- 17 projektov infraštruktúry na prepravu uhlíka, ktoré podporia rozvoj trhu so zachytávaním a ukladaním uhlíka.
- 3 projekty inteligentných plynárenských sietí na digitalizáciu a modernizáciu siete zemného plynu.
- Pokračujúce začleňovanie dvoch dlhodobých projektov spájajúcich Maltu a Cyprus s európskou plynárenskou sieťou na pevnine.
