Táto technológia zmení energetiku viac než fotovoltika. Slováci o nej nikdy nepočuli

Keď sa hovorí o budúcnosti energetiky, pozornosť väčšinou smeruje na solárne panely, veterné turbíny alebo batériové úložiská. Práve tieto technológie vidíme na fotografiách, v reklamách aj v politických diskusiách.

Existuje však jedna technológia, bez ktorej by veľká časť európskej energetickej transformácie vôbec nemusela fungovať. Volá sa HVDC (High-Voltage Direct Current), teda vysokonapäťový jednosmerný prúd.

Nevyrába ani jedinú kilowatthodinu elektriny. Jeho úloha je oveľa menej nápadná, no možno ešte dôležitejšia. Má dostať energiu z miesta výroby tam, kde ju ľudia a firmy skutočne potrebujú. A práve v tom môže rozhodnúť o tom, či sa európska energetická revolúcia podarí.

Moderná energetika sa dostáva do zvláštnej situácie. Najväčšie veterné parky vznikajú v Severnom mori. Obrovské solárne elektrárne rastú v Španielsku, Grécku či Taliansku. Priemyselné centrá Európy sa však nachádzajú stovky kilometrov od týchto zdrojov. Elektrinu preto nestačí vyrobiť. Treba ju aj efektívne prepraviť.

A práve tu začínajú klasické elektrické siete narážať na svoje limity.

Tesla vyhral pred sto rokmi. Dnes sa karta obracia

Dnešná energetická sústava stojí predovšetkým na striedavom prúde (AC). Ten používame v domácnostiach, priemysle aj vo väčšine prenosových sústav. Pri prenose na veľmi veľké vzdialenosti však vznikajú technické problémy. Straty energie rastú a situácia sa ešte viac komplikuje pri podzemných alebo podmorských kábloch.

Práve preto sa do centra pozornosti vracia jednosmerný prúd (DC). Ironicky ide o technológiu, ktorú na konci 19. storočia presadzoval Thomas Edison počas slávnej vojny prúdov s Nikolom Teslom.

Tesla vtedy triumfoval preto, že striedavý prúd sa dal pomocou transformátorov jednoducho preniesť na vysoké napätie a následne opäť znížiť pre domácnosti. Jednosmerný prúd niečo také vtedajšia technika neumožňovala. Dnes je situácia úplne iná.

Vďaka modernej kremíkovej elektronike, výkonovým polovodičom a digitálne riadeným konvertorom zažívajú Edisonove myšlienky renesanciu práve pri prenose elektriny na stovky až tisíce kilometrov.

Pixabay (Úprava redakcie)

Energetická diaľnica namiesto okresných ciest

Rozdiel medzi AC a HVDC sa dá prirovnať k doprave. Striedavý prúd funguje ako hustá sieť okresných ciest. Je ideálny pre lokálnu distribúciu a každodenné zásobovanie domácností. HVDC je naopak vysokorýchlostná diaľnica určená na presun obrovského množstva energie medzi vzdialenými regiónmi.

Výhod je hneď niekoľko:

• nižšie energetické straty na veľké vzdialenosti,
• presnejšie riadenie toku elektriny,
• možnosť budovať stovky kilometrov podzemných a podmorských káblov,
• menšie nároky na priestor,
• jednoduchšie prepájanie rôznych energetických sústav.

Pri vzdialenostiach nad približne 600 kilometrov vo vzdušných vedeniach alebo nad 50 až 100 kilometrov v kábloch začína HVDC získavať výraznú výhodu. Straty môžu byť o 30 až 50 % nižšie než pri porovnateľnom prenose striedavým prúdom. Ešte dôležitejšie je, že tok energie možno presne riadiť. Elektrina netečie iba fyzikálnou cestou najmenšieho odporu, ale tam, kam ju operátor siete pošle.

Gemini

Za všetkým sú obrovské haly plné polovodičov

Najmodernejšie HVDC systémy už dávno nepripomínajú klasické transformátorové stanice. Ich srdcom sú takzvané VSC konvertory (Voltage Source Converter). Ide o gigantické haly plné výkonových polovodičov a tranzistorov typu IGBT, ktoré premieňajú striedavý prúd na jednosmerný a späť.

Tieto súčiastky pritom nespínajú miliwatty ako v smartfóne. Pracujú so stovkami kilovoltov a tisíckami ampérov. Výsledkom je schopnosť prenášať výkon na úrovni niekoľkých gigawattov.

Pre predstavu: jedna moderná HVDC trasa dokáže preniesť výkon porovnateľný s niekoľkými jadrovými blokmi naraz. Nemecký projekt SuedLink je navrhnutý na prenos približne 4 GW, čo zodpovedá výkonu niekoľkých veľkých elektrární pracujúcich súčasne. Práve polovodiče a výkonová elektronika dnes umožňujú to, čo bolo v Edisonových časoch prakticky nemožné.

Nemecko buduje energetickú diaľnicu budúcnosti

Jedným z najlepších príkladov významu HVDC je projekt SuedLink. Nemecko potrebuje dostať elektrinu z veterných fariem na severe krajiny do priemyselných oblastí na juhu. Namiesto tisícov nových stožiarov preto buduje približne 700 kilometrov dlhú podzemnú HVDC trasu.

Projekt bude schopný prenášať približne 4 GW výkonu, čo z neho robí jednu z najvýznamnejších energetických stavieb v Európe. Elektrina sa bude presúvať stovky kilometrov pod zemou s minimálnymi stratami a bez potreby budovať nové nadzemné koridory.

Ešte zaujímavejší je projekt North Sea Link medzi Nórskom a Spojeným kráľovstvom. Približne 720 kilometrov dlhý podmorský kábel spája dve odlišné energetické sústavy. Keď v Británii nefúka vietor, elektrina prúdi z nórskych vodných elektrární. Keď veterné farmy vyrábajú prebytky, energia smeruje opačným smerom.

Výsledkom je systém, ktorý čoraz viac pripomína internet. Elektrina sa presúva tam, kde ju sieť potrebuje najviac a kde má v danom momente najvyššiu hodnotu.

Je Slovensko pripravené na príchod jednosmernej éry?

Na prvý pohľad sa môže zdať, že Slovensko podobné technológie nepotrebuje. Máme relatívne malú rozlohu, stabilnú výrobu z jadrových elektrární a vnútroštátne vzdialenosti, ktoré klasické vedenia zvládajú bez väčších problémov.

Práve preto na Slovensku dnes nenájdeš klasické diaľkové HVDC vedenie. Ekonomicky by nedávalo zmysel. Jediná konvertorová stanica stojí stovky miliónov eur a na trasách dlhých niekoľko desiatok či stoviek kilometrov sa takáto investícia nevráti. To však neznamená, že sa nás problém netýka.

Keď v Nemecku alebo Poľsku silno fúka vietor, vznikajú obrovské objemy elektriny, ktoré smerujú na juh Európy. Elektrina si pritom nehľadá administratívne hranice, ale fyzikálne najvýhodnejšiu trasu.

Časť týchto tokov preto preteká aj cez českú a slovenskú prenosovú sústavu. Energetici tento jav označujú ako nechcené prietoky alebo loop flows.

Prevádzkovateľ prenosovej sústavy SEPS potom musí zasahovať do prevádzky elektrární a siete tak, aby nedošlo k preťaženiu vedení. Tento proces sa nazýva redispečing a môže stáť milióny eur ročne. HVDC prepojenia fungujú v takýchto situáciách ako ventil. Operátor dokáže presne určiť, koľko energie prejde konkrétnou trasou a zabrániť nekontrolovaným tokom.

Gemini

Kde bude Slovensko HVDC potrebovať?

Skutočná výzva príde až v nasledujúcich desaťročiach. Európa plánuje masívne rozširovanie veternej energetiky v Severnom mori, nových solárnych parkov na juhu kontinentu a v budúcnosti aj obnovu ukrajinskej energetickej infraštruktúry.

Ak bude Slovensko chcieť profitovať z lacnej energie z Balkánu, Rumunska, Severného mora alebo raz z povojnovej Ukrajiny, klasické prepojenia nemusia stačiť. Práve na hraniciach môže vzniknúť potreba budovať HVDC uzly a konvertorové stanice, ktoré umožnia efektívnejšie obchodovanie s elektrinou a lepšiu kontrolu cezhraničných tokov.

Inak hrozí, že sa ocitneme na okraji budúceho energetického internetu.

Fotovoltické panely a veterné turbíny zostanú dôležitou súčasťou energetiky. Samy osebe však nestačia. Skutočná výzva spočíva v logistike. Európa bude musieť presúvať obrovské objemy elektriny medzi pobrežiami, priemyselnými centrami, dátovými centrami a miliónmi domácností.

Kým solárne panely zbierajú pozornosť verejnosti, HVDC buduje niečo oveľa dôležitejšie – infraštruktúru, bez ktorej sa energetika 21. storočia nezaobíde.

Budúcnosť elektriny totiž nemusí rozhodnúť to, kto ju vyrobí. Rozhodnúť môže to, kto ju dokáže dostať na správne miesto v správnom čase.

Čítajte viac z kategórie: Novinky