Juhoafrická republika je jedným z najväčších producentov CO2 i napriek tomu, že sa v mnohých ukazovateľoch stále radí k rozvojovým krajinám. Riešením danej situácie môže byť skladovanie elektrickej energie (SEE). Model juhoafrickej elektrifikačnej sústavy predstavený v článku je schopný vypočítať optimálnu veľkosť SEE, ktoré by zabezpečilo najmenšie možné emisie CO2 pri rozličných budúcich scenároch energetickej sústavy.
Výtah z obsahu článku, který vyšel v časopise Energie 21 č. 5/2016.
Juhoafrická republika je jedným z najväčších producentov CO2. Jej populácia je pritom pomerne malá na to, aby bola radená k významným producentom. V priemyselných ukazovateľoch však Južná Afrika definíciu rozvojovej krajiny nespĺňa, nakoľko priemyselná výroba je vysoko rozvinutá a niekoľko Juhoafrických spoločností dokonca pôsobí úspešne i na Slovensku (Mondi, NEPI, SAB Miller atď.) Najmä priemysel, doprava a výroba elektrickej energie sú výraznými prispievateľmi k CO2 emisiám, ktoré niekoľkonásobne prekračujú priemer rozvojových krajín.
Problémom do veľkej miery je produkcia elektrickej energie, ktorá pochádza na 95 % z uhlia a väčšina elektrární je zastaraná, nespĺňajúca ekologické štandardy. Navyše v krajine sa v obrovskom meradle plytvá energiou, čo je dôsledkom nízkej úrovne vzdelania populácie a taktiež ignorácia environmentálnych problémov.
Podľa vládneho programu Juhoafrickej republiky v energetike, dokumentu tzv. IRP 2010 a jeho aktualizáciou z roku 2013, krajina plánuje do roku 2030 nainštalovať 9400 MW solárnej a 8400 MW veternej energie. Pre ilustráciu uvedieme, že aktuálne má Južná Afrika nainštalovaný výkon spolu ~ 46 GW.
Progresívny a ambiciózny vládny program uvedený v IRP2010 môže mať skutočne veľký dopad na zníženie produkcie skleníkových plynov a zvýšenie energetickej bezpečnosti krajiny, pokiaľ sa bude dôsledne implementovať. Avšak veľké percento obnoviteľných zdrojov so stochastickým výkonom si bude vyžadovať zvýšenú schopnosť bilancie v národnej elektrifikačnej sústave. Aplikovaním moderných metód predpovedí výkonu obnoviteľných zdrojov však je teoreticky možné zapojiť i relatívne veľké množstvo obnoviteľných zdrojov do flexibilných elektrických sietí.
Nanešťastie, juhoafrická sieť flexibilná nie je a navyše disponuje iba zastaranými zariadeniami zabezpečujúcimi kvalitu dodávok elektrickej energie. Taktiež elektrinu produkujú pomerne neflexibilné gigantické uhoľné generátory a jediná jadrová elektráreň. Preto je na mieste sa položiť si otázku, že ako bude takáto neflexibilná sieť schopná reagovať a bilancovať obrovské množstvo produkcie energie z obnoviteľných zdrojov.
Skladovanie elektrickej energie (SEE) môže byť riešením danej situácie, keď SEE bude schopné fungovať ako pomocná služba (ancillary services) elektrifikačnej siete (patrí sem napr. plánovanie a dodávka, operácia rezerv, jalový výkon, kontrola napätia, kompenzácia strát, ochrana systémov, nerovnováha systémov).
Plánovanie, dodávka a operácia rezerv sú predmetom výskumu. Nakoľko všetky technológie ukladania elektrickej energie sú finančne extrémne náročné, optimalizovať kapacitu týchto technológií v elektrifikačnej sústave je veľmi dôležité.
Model Juhoafrickej elektrifikačnej sústavy, predstavený v článku, je schopný vypočítať optimálnu veľkosť SEE, ktoré by zabezpečilo najmenšie možné emisie CO2 pri rozličných budúcich scenároch Juhoafrickej energetickej sústavy. Model bol vyvinutý pre prostredie GAMS (General Algebraic Modelling System). Jedná sa o optimalizačný model, ktorý pracuje s generátormi elektrickej energie a dokáže vypočítať optimálne vyťaženie jednotlivých generátorov v určitom čase podľa vstupných parametrov. Model je taktiež schopný vypočítať vyťaženie budúcich, naplánovaných generátorov ako SEE. Vyťaženosť obnoviteľných zdrojov je ohraničená intenzitou slnečného žiarenia alebo vetra, pričom s týmito údajmi model pracuje ako so vstupnými dátami. Model použitý v tejto štúdii bol zjednodušený do dvoch uzlov medzi produkciou, spotrebou a úložiskom energie.*
Michal Chudý, University of Pretoria
Obrázky:
Zníženie emisií CO2 je lineárne zvyšovaním podielu obnoviteľných zdrojov v sústave. Foto archív/breakingenergy.com
Náčrt modelu GAMS
Rôzne prístupy simulácií pre Juhoafrickú sústavu (sieť) a 9400 MW inštalovaného výkonu pre solár a 8400 MW pre vietor podľa návrhu vlády uvedenom v IRP 2010
