Decentralizirana električna omrežja

Dobrodošli v drugi oddaji v okviru tematskega sklopa Ekovest, ki jo v sodelovanju z Ekoskladom pripravljamo sodelavci in sodelavke znanstvene in aktualnopolitične redakcije Radia Študent. Današnja oddaja bo namenjena elektriki. Električno omrežje je temelj delovanja naše družbe, poganja gospodinjske aparate, tovarniške stroje, računalnike in radijske sprejemnike, preko katerih nas ta trenutek poslušate, in še bi lahko naštevali. Brez elektrike bi bili nebogljeni, pa vendar jo jemljemo kot samoumevno in se le redkokdaj vprašamo, od kod in kako pride.

V današnji oddaji bomo obravnavali organizacijo električnega omrežja in kako se bo ta primorana spremeniti v luči trajnostnega razvoja. Govorili bomo o decentralizaciji elektro-energetskega omrežja. Več o tem, kaj pomeni, da je naš elektro-energetski sektor centraliziran in o njegovi decentralizaciji, pa nam je povedal Tomislav Tkalec iz društva Focus.

Izjava 1

Decentralizacija v današnjem času je torej sinonimna prehodu na obnovljive vire energije. Potreba po decentralizaciji namreč izvira ravno iz omejitev obnovljivih virov energije. S tradicionalnimi viri energije, kot sta fosilna in jedrska energija, lahko produciramo ogromne količine energije v eni sami stavbi. Njihova produkcijska moč relativno na površino je ogromna, poleg tega pa lahko energijo proizvajajo nepretrgoma. Z modernimi obnovljivimi viri energije, kot sta solarna in vetrna energija, je povsem drugače.

Medtem ko je termoelektrarna odvisna le od človeškega dela, torej kako hitro ji lahko dobavljamo gorivo, so obnovljivi viri energije po definiciji odvisni od promiskuitetnih naravnih dejavnikov, kot je vreme. Povezavo med obnovljivimi viri energije in decentralizacijo je razložil Tomislav Tkalec iz društva Focus.

Izjava 2

Mantra, da je prehod na obnovljive vire energije nujen za obstoj našega planeta in seveda človeške vrste, je sedaj že predmet obče zavesti. Mednarodna skupnost se je s Pariškim podnebnim sporazumom iz leta 2015, vsaj na papirju, zavezala k hitremu prehodu na obnovljive vire. V Evropski uniji naj bi tako do leta 2020 iz obnovljivih virov proizvedli 20 % vse električne energije, do leta 2030 pa najmanj 27 %. Končni cilj je jasen, v prihodnosti naj bi vsa energija prihajala iz obnovljivih virov energije.

V nekaterih državah se je premik proti obnovljivim virom energije začel dogajati že dolgo pred Pariškim podnebnim sporazumom ali njegovem predhodnikom Kjotskim protokolom iz leta 1997. Tak primer je recimo Nemčija, ki je v zadnjih petnajstih letih povečala delež produkcije električne energije iz obnovljivih virov iz približno 6 % na približno 35 %. Uspešnost Nemčije na tem področju se da, po nekem čudnem naključju, pripisati njeni vlogi v drugi svetovni vojni.

Prvi zametki decentralizacije v Nemčiji so namreč zrasli znotraj političnih gibanj v šestdesetih letih prejšnjega stoletja. V Nemčiji so bila v tistem času najmočnejša gibanja, ki so nasprotovala jedrski energiji, saj je ta imela močno povezavo z vojaškim sektorjem. Gibanja so stremela k odklopu od centraliziranega energetskega sistema, ki je takrat temeljil na sporni jedrski in umazani energiji, pridobljeni s fosilnimi gorivi. Posamezniki iz teh gibanj pa so bili tisti pionirji, ki so ustanovili prve energetske zadruge in podjetja, ki so se na tak ali drugačen način ukvarjala z obnovljivimi viri energije. Z vse večjo prisotnostjo na nemškem energetskem trgu je sčasoma rastel njihov ekonomski in politični vpliv, kar jim je omogočilo uveljavitev različnih podpornih programov na državnem nivoju. Dandanes je Nemčija ena izmed svetovnih vodilnih sil na področju obnovljivih virov energije. Kot nam je povedal Tomislav Tkalec, je pečat socialnih gibanj in njihov vpliv viden tudi v današnji strukturi nemškega elektro-energetskega sistema.

Izjava 3

V Nemčiji je decentralizacija torej izvirala iz iniciative družbenih gibanj. Po glasbenem premoru pa se bomo osredotočili na situacijo v Sloveniji, kjer se je zgodba decentralizacije začela odvijati mnogo kasneje.

Govorili smo o Nemčiji kot primeru dobre prakse prehoda na obnovljive vire energije, sedaj pa se bomo preusmerili na Slovenijo. O trenutni situaciji in projekcijah za prihodnost nam je več povedal Uroš Salobir iz ELESA.

Izjava 4

Zgodovina razvoja elektro-energetskega omrežja v Sloveniji je precej drugačna kot v Nemčiji. Vse do začetka 21. stoletja je bila državna politika namreč usmerjena v razvoj izkoriščanja tradicionalnih virov energije. Direktna posledica tega je, da smo imeli do nedavnega povsem centraliziran elektro-energetski sistem. Prva resna spodbuda širitve obnovljivih virov energije je prišla po letu 2010 v obliki sistema feed-in-tariff, ki smo ga prevzeli ravno iz Nemčije. Pri feed-in-tariff sistemu gre za vrsto subvencije, kjer država privatniku obljubi stalno ceno odkupa električne energije. V osnovi se s tem zagotavlja varnost pri investiciji, ki bi drugače morda bila razumljena kot tvegana. Ljudje, ki so se vključili v sistem, so lahko torej izračunali, po koliko letih se jim bo investicija v fotovoltaiko povrnila oziroma obrestovala.

Čeprav je bila shema sprva uspešna, saj je za kratek čas močno pospešila širitev fotovoltaike, je bila dolgoročno precej neuspela strategija. Po začetnem bumu širitve fotovoltaike je entuziazem ljudi precej hitro pojenjal. Za feed-in-tariff sistem je na letni ravni porabljenih 150 milijonov evrov, fotovoltaika pa še vedno predstavlja dokaj neznaten del energetske proizvodnje. Poleg tega gre pri tem sistemu za regresivno subvencijo, saj so vanj lahko vstopili le ljudje z večjim začetnim kapitalom. Če bi s to shemo nadaljevali, bi se računi za elektriko celotne populacije dvigovali, osebno korist pa bi imela le peščica proizvajalcev. Ministrstvo je nato pripravilo novo podporno shemo, ki nam jo je predstavil Tomislav Tkalec.

Izjava 5

Državni podporni programi so torej precej potratna oblika subvencioniranja obnovljivih virov energije, njihova smiselnost pa je v najboljšem primeru vprašljiva. Vendar, morda sploh niso potrebni. Tržna cena tehnologij obnovljivih virov namreč hitro pada, kar je posledica intenzivnega razvoja na tem področju. Velik del hitrega razvoja gre pripisati tudi vse večji politični naklonjenosti prehodu na čistejšo energetiko, ki se brez iniciativ družbenih gibanj ne bi zgodila. Po drugi strani so, čeprav to ni očitno na prvi pogled, fosilna goriva v Sloveniji še vedno veliko bolj subvencionirana kot katerakoli oblika energije iz obnovljivih virov. Poleg subvencij pa fosilna goriva nosijo tako imenovane skrite stroške, ki še vedno niso odplačana. Kaj naj bi bili skriti stroški fosilnih goriv, nam je razložil Tomislav Tkalec iz društva Focus.

Izjava 6

Moderna družba je torej še vedno v zelo tesnem odnosu s fosilnimi gorivi, kar jim pred novejšimi tehnologijami daje izrazito prednost. Če bo politična volja dovolj močna, pa lahko ta primat hitro izgubijo. Vendar so napovedi stroke jasne. V naslednjih desetletjih pričakujemo hiter prehod na obnovljive vire energije. Vprašanje ostaja le, kako hitro se bo vse skupaj odvijalo. Natančen odgovor na to vprašanje je težko podati, saj je hitrost prehoda odvisna tako od tehnološkega razvoja kot tudi političnih premikov na področju energetike.

Žal pa ni vse tako preprosto. Prehod na obnovljive vire energije je sicer nujen ukrep, če želimo omejiti vpliv podnebnih sprememb, vendar po vsej verjetnosti ne bo zadosten. Kot nam je povedal Tomislav Tkalec, je človeštvo v svoji požrešnosti že preseglo zdravo mejo porabe energije, ki bi jo lahko zadovoljili izključno z obnovljivimi viri energije.

Izjava 7

Področje energetike torej še zdaleč ni le preprosto znanstveno vprašanje, ki bi ga lahko v tem trenutku rešili le s tehnološkimi popravki. Naša prekomerna poraba energije in vse katastrofalne posledice, ki jih ta s seboj prinese, so nič manj kot direkten simptom nepotešljivega kapitalističnega sistema, v katerem živimo. Ne glede na politično ozračje pa bo treba sektor energetike spremeniti, in to hitro.

V naslednjem delu oddaje si bomo zamislili energetski sistem prihodnosti in se spustili tudi v bolj praktične vidike uravnavanja porabe energije ter posledice decentralizacije elektro-energetskega omrežja za uporabnika. O tem, kaj so tako imenovani pametni sistemi, po glasbenem premoru.

Če smo v prvem delu govorili o obnovljivih virih na splošno, sedaj pa se bomo osredotočili na tehnične posledice njihove širitve za omrežje.

V grobem lahko rečemo, da električno omrežje tvorijo trije členi, in sicer proizvajalci, distributerji in odjemalci. Proizvajalci so elektrarne na tradicionalne vire energije, kot so fosilna goriva, reke ali jedrska energija, ter elektrarne na novejše, obnovljive vire energije, kot sta veter in sonce. Distribucijski sistem pa je sestavljen iz transformatorskih postaj in električnih vodov, ki elektriko razdelijo med končne odjemalce, to je gospodinjstva, tovarne, trgovine in tako dalje.

Električna energija potuje od proizvajalcev, torej elektrarn, do večjih razdelilnih transformatorskih postaj. Vsako manjše mesto ima svojo razdelilno transformatorsko postajo, večja mesta pa jih imajo več. V transformatorski postaji se električno omrežje razveji. Električna energija nato potuje še do manjših transformatorskih postaj, kjer se znova razdeli na še manjše dele, od tam pa nato potuje v vsako posamezno gospodinjstvo.

Proizvajalci in distributorji so med seboj povezani z informacijsko-komunikacijsko tehnologijo. Distributerji na podlagi porabe elektrike v preteklosti in drugih parametrov sproti predvidevajo, kakšne bodo potrebe po električni energiji in ocene posredujejo proizvajalcem. Ti pa glede na dobljene podatke prilagajajo proizvodnjo tako, da se električne energije ne proizvede ne preveč ne premalo. Takšen sistem deluje dobro, dokler je pretok energije enosmeren, torej ko energija izhaja le iz velikih elektrarn in potuje do odjemalcev s predvidljivo porabo.

Kot pa smo omenjali uvodoma, smo dandanes priča vse večji težnji po uporabi obnovljivih virov energije, ki so bistveno manj zmogljivi od prej omenjenih večjih elektrarn, denimo na fosilna goriva. Takšno majhno elektrarno na obnovljive vire energije ima lahko v lasti tudi posameznik. Ko imamo opravka s proizvodnjo energije iz mnogo manjših virov energije, govorimo o razpršeni proizvodnji električne energije. Več nam je o njej povedal profesor Gorazd Štumberger s Fakultete za elektrotehniko in informatiko Univerze v Mariboru.

Če se v omrežje priključi še več manjših proizvajalcev, ki so lahko hkrati tudi porabniki, postane regulacija proizvodnje in porabe zapletenejša, saj je sistem obenem razpršen in dvosmeren. Komunikacijo med členi omrežja je treba razširiti, zato potrebujemo pametna omrežja, ki bi bila sposobna zbirati informacije vseh manjših proizvajalcev in porabnikov ter tistih, ki so oboje hkrati, nato pa na podlagi vseh informacij uravnavati distribucijo.

Pametno omrežje je po definiciji elektroenergetsko omrežje, ki na stroškovno učinkovit in trajnosten način vključuje vse proizvodne vire, odjemalce in tiste, ki so hkrati viri in odjemalci. Zagotavlja zanesljiv, visoko kakovosten in varen način dostave električne energije z minimalnimi izgubami. Uvedba pametnih omrežij predvideva tudi priključitev posebnih zbiralnikov, kjer bi se lahko shranjevala električna energija, če bi se je v danem trenutku proizvedlo preveč. Zbiralnike bi lahko predstavljali litij-ionske baterije, električni avtomobili in celo gospodinjski aparati.

Izvedeli smo že, kako je do decentralizacije prišlo v Nemčiji in kakšna je situacija v Sloveniji. Pojasnili smo tudi pojem pametnih omrežij, ki med drugim omogočajo tudi učinkovito upravljanje s porabo. Kaj pomeni upravljanje s porabo, nam je razložil profesor Gorazd Štumberger z Univerze v Mariboru.

Izjava 9

Upravljanje s porabo bi prineslo prednosti na več ravneh trgovanja z električno energijo. Koristi bi imeli trgovci z energijo in sami proizvajalci, zmanjšalo pa bi se tudi breme na omrežjih. Podrobneje nam je prednosti upravljanja s porabo orisal profesor Gorazd Štumberger.

Izjava 10

Da bi dosegli energetsko učinkovitost, bi morali k temu prispevati tudi mali odjemalci. Direktor sektorja za obratovanje v družbi ELES, Uroš Salobir, nam je pojasnil, kakšna je pri decentralizaciji vloga malih odjemalcev.

Izjava 11

Ena izmed aplikacij, ki bi omogočala upravljanje s porabo in večanje energetske učinkovitost v gospodinjstvih, je pametna vtičnica. Ta bi bila povezana z distribucijskim centrom, ki bi določal, ali se bo denimo akumulator električnega avtomobila v danem trenutku polnil ali praznil. V distribucijskem centru bi tako preprečili prekomerno obremenitev omrežja v primeru, da bi se v omrežje priklopilo veliko porabnikov naenkrat. Podobno bi se dalo pretok energije uravnavati tudi v drugih gospodinjskih aparatih.

Aplikacije, kot so pametne vtičnice, so torej del pametnega omrežja, saj omogočajo povratno komunikacijo s centri za distribucijo električne energije. Kot smo omenjali na začetku, bi bila uvedba pametnih omrežij nujna, če bi se povečal delež električne energije, pridobljene iz obnovljivih virov. Poskusimo si torej bolj plastično predstavljati, kako bi upravljanje s porabo v praksi izgledalo, če bi večino energije pridobivali iz obnovljivih virov. V omrežje je denimo priklopljeno določeno število hidroelektrarn in elektrarn na veter, gospodinjstva ter podjetja, ki sproti trošijo, električni avtomobili, ki se polnijo, in zbiralniki odvečne električne energije.

Ko je zunaj sončno in vetrovno, se proizvaja veliko električne energije. Kar se ne porabi sproti, se shrani v hranilnikih. Kot hranilniki lahko delujejo tudi električni avtomobili ali celo preprosti gospodinjski aparati, ki so v danem trenutku v mirovanju in priklopljeni v omrežje.

Ponoči ni sonca in veter se poleže. Velike elektrarne na obnovljive vire še vedno delujejo, a ne zmorejo zadostiti potreb vseh gospodinjstev. Tako se primankljaj električne energije kompenzira s tem, da se energijo začne črpati iz hranilnikov naprav in električnih avtomobilov. Velika količina teh neznatno majhnih zbiralnikov bi v tem primeru delovala kot nekakšna navidezna elektrarna, saj bi skupaj imeli veliko produkcijsko moč. Ko bi se proizvodnja spet povečala, bi se baterije naprav zopet napolnile in tako dalje. Za takšno uravnavanje porabe je seveda potreben natančen sistem, ki spremlja porabo in usmerja električno energijo tja, kjer je potrebna.

Najbolj drastična sprememba, ki jo uvajajo pametna omrežja, je torej sprememba odnosa med posameznikom in omrežjem. Če smo do  sedaj bili le pasivni uporabniki, ki bolj ali manj redno odplačujemo položnice za elektriko, bomo v prihodnosti v stalnem dialogu z omrežjem. Omrežje bo aktivno, porabo in proizvodnjo pa bomo uravnavali vsi skupaj. Za konec vam bomo z Urošem Salobirjem iz ELESA poskusili orisati to uporabniško izkušnjo.

Izjava 12

Oddajo o decentralizaciji elektro-energetskega omrežja znanstvene redakcije sta v sodelovanju z Ekoskladom za projekt Ekovest pripravila Atila in Barbara.