Elektrina sa stala súčasťou moderného životného štýlu. Podcenenie komunikácie problematiky výroby elektriny, jej environmentálnych dôsledkov spôsobilo, že verejnosť prestala vnímať technickú podstatu výroby elektriny a zásobovania ňou. Dôsledkom je zjednodušená mylná predstava, že „elektrina je v zásuvke, načo sú nám elektrárne“, ktoré „iba“ ničia životné prostredie a obrovské stožiare vysokého napätia kazia vzhľad krajiny. Časť verejnosti si prestala uvedomovať, že „neviditeľná, zázračná, všetko oživujúca sila“ prichádzajúca zo zásuvky je elektrina, ktorá však neprichádza z kozmu, ale niekto ju musí vyrobiť a niekto dodať. Iní dokonca namietajú, že za obyčajnú zásuvku v byte, ktorej sa celé roky žiadny energetik nedotkne, musia platiť takmer také účty ako za mobil, ktorý je pre nich „nenahraditeľný“.

Spoľahlivá prevádzka prepojených elektrizačných sústav podlieha usmerneniam Únie pre koordináciu prenosu elektriny (UCTE). Pravidlá tohto regulátora musia prevádzkovatelia národných elektrizačných sústav plniť. Fyzikálne toky elektriny riadi elektroenergetický dispečing, za finančné krytie nákladov zodpovedajú predajcovia a odberatelia cez obchodné strediská na základe záväzných kontraktov. Takto pokryté zásobovanie elektrinou v žiadnom prípade nie je „biznis s obnoviteľnými zdrojmi“, ale základná podstata spoľahlivej odolnej elektrizačnej sústavy. Obyvateľstvo krajiny by malo byť informované, že rozpad elektrizačnej sústavy „black out“ v zimnom období je najväčšia environmentálna hrozba s nedozernými hmotnými škodami a ohrozením zdravia a životov obyvateľstva. Práve preto Nemecko obhajuje vlastný 100-násobne vyšší inštalovaný výkon (44 900 MW) a spotrebu uhlia (264,0 Mt) oproti SR (2,0 Mt) veľmi jednoducho: „Uhlie do roku 2038 Nemecko potrebuje.“  

Rozdiel vo výrobe a v spotrebe elektriny sa prejavuje odchýlkou frekvencie a napätia, pričom pri vyššej výrobe oproti spotrebe frekvencia stúpa a naopak. Pri prekročení povolenej odchýlky frekvencie a napätia hrozia poruchy zdrojov a spotrebičov a znižuje sa ich životnosť, preto ich vlastné ochrany začnú odpájať od sústavy. Poruchy sa v sústave šíria rýchlosťou, ktorá presahuje možnosti ľudského vnímania. Každá regulačná oblasť preto musí mať vybudovaný systém ochrán a riadenia elektrizačnej sústavy, ktoré zabraňujú rozširovaniu porúch a riadia výrobu zdrojov a spotrebu odberateľov v uzloch, čo je možné plne garantovať, iba ak sú technológie v prevádzke.

Voda ako zdroj energie v rámci mixu zdrojov SR 

Podľa Ročenky 2017 slovenského elektroenergetického dispečingu (SED) slovenskej elektrizačnej a prenosovej sústavy (SEPS) bol v roku 2017 inštalovaný výkon elektrizačnej sústavy 7 721 MW a sústava integrovala výrobu elektriny z takmer 2 800 zdrojov výroby elektriny. Spotreba elektriny dosiahla úroveň 31 066 GWh, z toho domáca výroba elektriny kryla 28 036 GWh. Saldo výroby elektriny dosiahlo 3 030 GWh, t. j. 9,8 % elektriny sa do SR importovalo. Ročné výkonové maximum 4 550 MW bolo dosiahnuté 11. 1. 2017 a výkonové minimum 2 380 MW 21. 5. 2017, potrebný regulačný rozsah sústavy je 2 170 MW. Podiel výroby z fosílnych palív, jadrových zdrojov a zo zdrojov OZE, ako aj import elektriny je dlhodobo stabilizovaný, optimálny z pohľadu bezpečnosti, spoľahlivosti, ale aj environmentálnych účinkov. Nároky na reguláciu zvyšuje nepredvídateľná zmena výkonu fotovoltických elektrární, v potenciáli 531 MW inštalovaného výkonu. V porovnaní s rokom 2015 došlo v sústave k zníženiu inštalovaného výkonu o viac ako 400 MW. Vyradené boli štyri bloky systémových elektrární na uhlie, v Elektrárňach Nováky a Vojany. Dôvodom odstavenia bolo neplnenie environmentálnych požiadaviek legislatívy EÚ a SR.

 Elektrina vyrábaná v SR dosahuje nízku úroveň zaťaženia emisiami skleníkových plynov. V roku 2017 len 20 % elektriny sa vyrábalo na báze fosílnych palív. Celkové zaťaženie spotrebovanej elektriny  emisiami CO₂ bolo na úrovni 245 gramov na kilowatthodinu, čo je siedma najnižšia pozícia v rámci krajín EÚ 28, pritom elektrina vyrobená v SR má zaťaženie menej ako 151 g/kWh. Zvýšenie zaťaženia na strane spotreby spôsobuje tranzit elektriny vyrábanej v Nemecku, Česku a Poľsku s veľkým podielom 

uhlia cez územie SR na Balkán. Inštalovaný výkon a podiel zdrojov na inštalovanom výkone, celková výroba a podiel na výrobe elektriny, ceny a náklady vyrábanej a importovanej elektriny sú v nasledujúcej tabuľke.

Tabuľka: Výroba, spotreba elektriny SR 2017, náklady a ceny (zdroj: ročenka 2017 SED, ÚRSO)

Na nasledujúcom obrázku je ilustrovaný podiel zdrojov na inštalovanom výkone a celkovej výrobe elektriny v SR. Podiel importovanej elektriny zodpovedá bilančnej hodnote, pričom podiel importu ako saldo spotreby oproti výrobe dosahuje 9,8 %.

Obrázok: Podiel na inštalovanom výkone a výrobe elektriny (zdroj: ročenka 2017 SED)

Voda slúži ako zdroj bezemisnej energie, ktorá pri prietoku z vyššej potenciálnej hladiny na nižšiu koná mechanickú prácu na hriadeli vodnej turbíny, tá sa prenáša na elektrický generátor, v ktorom sa mechanická energia mení na elektrinu. Elektrina sa cez objekt vyvedenia výkonu (pripojovacie transformátory) vyvedie do nadradenej sústavy poprípade miestnej distribučnej sústavy.

Unikátnym inžinierskym dielom slovenskej energetiky je vážska kaskáda so systémom 22 priehrad a vodných elektrární využívajúcich hydroenergetický potenciál rieky Váh, od Liptovskej Mary po Madunice. Dielo slúži na výrobu elektriny, zároveň na rekreáciu a športové vyžitie, keďže stavbou priehrad vznikli aj jazerá. Rieka Váh tečie spod Vysokých Tatier a Kráľovej Hole na západ a pri Žiline sa stáča na juh. V dĺžke 403 km prekonáva výškový rozdiel viac ako 900 metrov, v Komárne sa Váh vlieva do Dunaja. Kaskáda zahŕňa 22 vodných diel, ktorých výstavba sa začala v roku 1932, prvým dielom kaskády uvedeným do prevádzky bola elektráreň Ladce v roku 1936. Pre energetické využitie sú najvýznamnejšími vodnými dielami vrcholové priehrady Oravská priehrada a Liptovská Mara, ktoré akumulujú prívalové vody a podľa požiadaviek dispečingu z nich vypúšťa vodu do kaskády. Výstavba Oravskej priehrady sa začala v roku 1941 a do prevádzky ju spustili v roku 1953. Od roku 1975 po desaťročnej výstavbe slúži svojmu účelu Liptovská Mara. Dve najnovšie vodné diela pribudli v roku 1998, sú nimi VD Žilina a VD Selice. Vzácnosťou vážskej kaskády je, že ak je potreba a okolnosti to umožňujú, možno využiť inštalovaný výkon celej kaskády 1 721 MW na reguláciu elektrizačnej sústavy  tak, že z vrcholových priehrad sa vypustí voda podľa potreby regulácie. Jednotlivé stupne podľa požiadaviek dispečingu vyrábajú elektrinu, po ukončení prevádzky do akumulačných nádrží sa voda doplní na predvídanú úroveň hladín z vrcholových priehrad. Podstatnú časť odchýlok výroby a spotreby elektriny v ranných a vo večerných špičkách elektrizačná sústava SR eliminuje obnoviteľnými bezemisnými zdrojmi energie vážskej kaskády, prípadne odchýlku vyrovnajú prečerpávacie elektrárne Čierny Váh, Bešeňová, Dobšiná, Ružín. Takýto model regulácie prebieha v letnom a prechodnom období a v zime počas víkendov, čo je viac ako 200 dní do roka.   

Naproti tomu najväčšia energetika EÚ, Nemecko, celoročne reguluje odchýlky elektrizačnej sústavy zdrojmi na báze fosílnych palív – predovšetkým uhlia, čo je environmentálne neprijateľné, pretože zdroje počas celej prevádzky vyrábajú elektrinu mimo hospodárneho výkonu so zhoršenou účinnosťou.

Parametre prevádzky vodných elektrární sa takmer nemenia, výroba elektriny závisí hlavne od množstva pretečenej vody a zmeny inštalovaného výkonu, potom je vyrobená elektrina závislá od úhrnu zrážok. Pomocou koeficientu využitia inštalovaného výkonu vieme objektivizovať výrobu a aj keď výroba v jednotlivých rokoch vykazuje významné odchýlky, trendová čiara do určitej miery objektívne preukazuje mierny deficit prietoku vody v povodí slovenských riek a Dunaja. Pokles za sledované obdobie rokov 2000 – 2017 je do 2,0 %.      

Voda ako pracovné, teplonosné a chladiace médium 

Voda ako pracovné, teplonosné a chladiace médium sa využíva v energetických zdrojoch s tepelnými obehmi na báze fosílnych, jadrových a obnoviteľných zdrojov energie. Hlavnou funkciou vody v zdroji výroby tepla a elektriny je prenos tepelnej energie v kvapalnej forme, prípade parnej. V technologických procesoch sa voda ohrieva, vyparuje alebo kondenzuje a v potrebných množstvách podľa výkonu prúdi zdrojom.

Voda ako pracovné médium – elektrárenský blok s výkonom 110 MW je schopný vyrobiť okolo 600-tis. MWh elektriny za rok. Pri špecifickej spotrebe 3,0 tony pary na vyrobenú MWh systémom cirkuluje 2,0 mil. m³ vody z úpravne vody, ohrevy, napájacie nádrže, kotol, turbínu a kondenzátor.

Voda ako chladiace médium – na spätnú premenu emisnej pary z turbíny na kvapalinu je potrebné, aby kondenzátorom cirkulovalo okolo 70 miliónov m³ chladiacej vody za rok, z ktorej asi 1 milión m³ ročne odparí chladiaca veža. Priemerné dopĺňanie bloku s výkonom 110 MW je 114 m³/h vody. V súčasnosti v rámci elektrizačnej sústavy SR je v prevádzke súčtový výkon 2 270 MW zdrojov s tepelným cyklom v jadrových elektrárňach Bohunice (1 000 MW), Mochovce (940 MW), Elektrárňach Nováky (220 MW) a Vojany (220 MW). Vzhľadom na významný pokles výkonu elektrární s tepelnými cyklami nepredpokladáme problém s nedostatkom chladiacej vody. V JE Bohunice je potrebné z rieky Váh dopĺňať systém chladenia kontinuálnym prietokom 1 060 m³/h, čo by nemal byť problém, pretože v JE Bohunice boli v rokoch 2010 a 2011 vyradené z prevádzky dva bloky s výkonom 2 x 440 MW. Problém s množstvom chladiacej vody môžeme očakávať v JE Mochovce, ktorej súčasný výkon potrebuje prietok na chladenie do 1 000 m³/h. Po uvedení do prevádzky ďalších dvoch blokov sa čerpanie doplňovacej vody z rieky Hron zvýši o viac ako 100 % na 2 000 m³/h. Pre predstavu, každá z ôsmich chladiacich veží v JE Bohunice, resp. Mochovce odparí pri menovitom výkone viac ako tri olympijské bazény vody denne.    

Voda ako teplonosné médium – dodávka tepla zo zdroja kombinovanej výroby elektriny a tepla odberateľom zásobovaným zo systému centralizovaného zásobovania teplom v prípade technologickej potreby je teplonosným médiom para. Zásobovanie bytovo-komunálnej sféry prebieha teplou, resp. horúcou vodou. Ide o rozsiahle systémy v lokalitách zásobovaných miest, zásobované aj  z diaľkových napájačov do vzdialenosti 20 km. Expanzné systémy rozvodov tepla sú uzatvorené, teda pri ohreve sa voda zachytáva v nádržiach a pri znižovaní dodávky tepla zariadenie na vyrovnávanie statického tlaku doplní systém CZT vodou zachytenou v expanznej nádrži. Straty vody sú minimálne,  spôsobujú ich obyčajne netesnosti na zariadeniach odberateľa tepla.       

Voda ako dopravné médium – sa využíva pri výrobe tepla z pevných palív, ktoré obsahujú okrem horľaviny popol s hmotnostným podielom v palive 10 až 15 percent. Zvyšky po horení, popolček a škvára sa zachytávajú a ukladajú na odkalisko popola, kam sa dopravujú hydraulickým systémom. Systémy ukladania popola sú v súčasných technológiách uzatvorené. Drenážny systém pod odkaliskom zachytáva a vracia nosnú vodu späť do zdroja tepla, kde sa opätovne použije ako nosné médium. Priesaky a voda odparená z hladiny odkaliska vo veľkej miere nahradia zrážky, doplňovanie vody je nepatrné oproti pôvodným otvoreným systémom.  

Resumé

Oproti pôvodným otvoreným systémom používania vody v energetike sa situácia zásadne zmenila v tom, že systémy sú uzatvorené, straty vody v systémoch sa exaktne merajú evidujú a vyhodnocujú systémami doplňovania vody. V priemyselnej a komunálnej energetike boli systémy chladenia dodatkových kondenzátorov nahradené suchým – vzduchovým spôsobom chladenia. Sucho, ako deficit zrážkovej činnosti môže negatívne ovplyvniť výrobu elektriny na vodných elektrárňach a prevádzku nových blokov Jadrových elektrární Mochovce v lete.

Voda je bezemisný obnoviteľný zdroj energie, v slovenskej elektrizačnej sústave je efektívne doplnený  akumulačnými vodnými dielami. Oproti prietočným vodným elektrárňam je viac ako polovica výroby predikovateľnou výrobou, ktorá sa efektívne využíva na bezemisnú reguláciu odchýlok výroby a spotreby elektriny. Elektrina vyrábaná na báze vody je sčasti podporovaná ako zdroj OZE, ale iba do 5,0 MW inštalovaného výkonu, a to bez rozdielu, či ide o prietočnú alebo akumulačnú výrobu. Zdroje s akumuláciou získavajú výnosy z tarify za systémové služby. Z odhadu tržieb za cenu elektriny na straty, doplatok za OZE a výnosov za podporné služby pre elektrizačnú sústavu SR a z objemu celkovej výroby elektriny možno konštatovať, že aj keď sa elektriny na báze vody vyrobí osemnásobne viac oproti elektrine vyrobenej na báze priamej solárnej premeny, v celkovom objeme získajú vodné elektrárne za jej predaj dokonca asi o 20 mil. € menej finančných prostriedkov ako solárne elektrárne, ktoré odchýlky stochastickou výrobou spôsobujú...               

Ing. Július Jankovský, PhD.

energetický audítor