Bioplynky jako druhé Dlouhé stráně

Bioplynky produkují čtvrtinu obnovitelné elektřiny v Česku. Výroba elektřiny z bioplynu v roce 2019 dosáhla 2 528 GWh, což odpovídá roční spotřebě elektřiny v Libereckém kraji. Potenciál výroby bioplynu, ze kterého můžeme mít elektřinu, teplo a palivo pro dopravu, přitom není dosud vyčerpaný. Nabízí se také zúročit bioplynky jako protiváhu těch obnovitelných zdrojů, které výrobu elektřiny nedokáží snadno regulovat. Nemusí přitom jít jen o čištění bioplynu na biometan a jeho skladování v plynárenské soustavě.

Za ideálních podmínek mohou bioplynové stanice s kogeneračními jednotkami dosáhnout regulačního výkonu odpovídajícího přečerpávací elektrárně Dlouhé stráně. Bioplynové stanice mohou velmi dobře poskytovat regulaci krátkodobou, v řádu hodin, ale hlavně sezónní, což je a bude v energetice největší výzvou. Za ideálních podmínek může domácí sektor bioplynových stanic s kogeneračními jednotkami dosáhnout regulačního výkonu 500 až 1000 MW. Obor jako celek tak může konkurovat přečerpávací elektrárně Dlouhé stráně s výkonem 650 MW, ovšem s výkonem rozprostřeným po celém Česku a bez brutálního zásahu do krajiny. 

Domácí potenciál bioplynových stanic

V současnosti máme 420 zemědělských bioplynových stanic s celkovým instalovaným elektrickým výkonem 320 MW a celkovou spotřebou kolem 10 milionů tun různorodé biomasy v původní hmotě. V roce 2019 zemědělské bioplynky dodaly 2,3 TWh energie jako elektřinu a 1 TWh jako teplo. Spotřeba bioplynu dosahuje 1,1 miliardy m3, což odpovídá asi 7,3 TWh. Průměrná česká bioplynka má instalovaný výkon 756 kWe a za rok vyrobí asi 6 GWh elektřiny.

Asociace CZ Biom spočítala, že technický a bezpečně dosažitelný potenciál výroby energie z bioplynu by vystačil na 630 průměrných českých bioplynových stanic. Ty by poskytovaly výrobu na úrovni 3,9 TWhel a 3,7 TWhtep s celkovým instalovaným výkonem 480 MWe. Všechny tyto hodnoty jsou přitom uvažovány na něco málo přes 8000 hodin provozu ročně. Budoucnost bioplynek však není jen v plném výkonu 24/7, ale hlavně v poskytování flexibility. Instalovaný výkon tedy bude mnohem vyšší a dle podmínek je možné k tomu připočítat dalších 250 až 800 MW.

Rozvoj bioplynu do roku 2030

Potenciál je jedna věc. Druhá, jak jej vhodně využít. Český Vnitrostátní plán v oblasti energetiky a klimatu počítá s dalším rozvojem bioplynového sektoru, i když nepochopitelně s omezeným nárůstem pěstované biomasy. Mnohé si slibuje zejména od využití bioodpadů, výroby biometanu a jeho využití v dopravě a vytápění jako náhrady zemního plynu.

V kontrastu s plány české vlády navrhuje Komora obnovitelných zdrojů energie společně s CZ Biom asi o třetinu vyšší čísla z bioplynu než uvádí vládní plán (2 167 GWh v roce 2030 namísto 1 670 GWh). Rozdíl oproti plánu zdůvodňujeme právě dalším rozvojem využití cíleně pěstované biomasy a ještě lepším využitím vedlejších produktů (např. zbytků ze zpracování zemědělských komodit).

Graf 1: Vývoj spotřeby energie z bioplynu podle českého energeticko-klimatického plánu

Nárůst do roku 2025, a obzvláště následný úbytek výkonu ve výrobě elektřiny u bioplynových stanic, bude dán ukončením podpory právě kolem roku 2030 u většiny zdrojů spuštěných v letech 2009 až 2012, kdy se bioplynových stanic postavilo nejvíce.

Jejich provozovatelé se budou na základě legislativních a ekonomických podmínek rozhodovat mezi setrváním ve stávajícím nastavení výroby elektřiny a tepla, včetně možného špičkového provozu zdroje (s využitím repoweringu či udržení výrobny v provozu s pokračovací podporou) a možností výrobnu modernizovat na výrobu biometanu.

Největší nárůst, především v sektoru výroby biometanu, se očekává do roku 2030, kdy bude ukončeno skládkování směsného tuhého komunálního odpadu. Velká část bioodpadů bude proto zpracovávána v bioplynových a biometanových stanicích. Přesto není možné na bioodpady nijak zásadně spoléhat, jejich potenciál by měl být s tím jak budeme méně plýtvat potravinami klesající, a i tak nemají na víc, než na to tvořit nejvýše 10 % vstupních surovin bioplynových stanic.   

Kapacita flexibility bioplynových stanic

Bioplynové stanice dnes vyrábí bioplyn takovým tempem, jak to jen biologické procesy dovolí. Drtivá většina bioplynek jede prostě na maximum a celý obor teprve čeká, jak jeho potenciál v moderní energetice založené na obnovitelných zdrojích a chytrých řešení využijeme. 

Velkou výhodou je, že se můžeme rozhodnout, zda vyrobený bioplyn proženeme kogenerační jednotkou hned, nebo až za nějaký čas v řádu hodin, anebo jej upravený dodáme do plynárenské soustavy jako obnovitelnou náhradu zemního plynu. Tam ho můžeme před samotným použitím také skladovat. S levným skladováním velkých objemů zemního plynu a efektivními dodávkami konečným zákazníkům máme v Česku bohaté zkušenosti.

Krátkodobě mohou bioplyn velmi efektivně skladovat stanice, které bioplyn rovnou spalují v kogeneračních jednotkách, aby dodávaly elektřinu a vytápění přímo v místě. Bioplynové stanice mohou bezpečně regulovat výkon v rozsahu 50 až 100 % instalovaného výkonu z každé kogenerační jednotky v časových intervalech, dle možností skladování bioplynu v plynojemu. Jsou schopné také sezónní regulace, kdy rozdíl výkonu mezi letním a zimním obdobím může být bez velkých komplikací s postupným náběhem až 30 % (dle možností biologických procesů i více).

Za ideálních podmínek může domácí sektor bioplynových stanic s kogeneračními jednotkami dosáhnout regulačního výkonu 500 až 1000 MW. Obor jako celek tak může v regulaci konkurovat přečerpávací elektrárně Dlouhé stráně s výkonem 650 MW. A to se stále bavíme jen o výrobě elektřiny v kogeneračních jednotkách a necháváme stranou další významný potenciál biometanových stanic. V praxi bude zvýšení flexibility znamenat technologickou úpravu bioplynek, a kromě navýšení instalovaného výkonu kogeneračních jednotek také zvětšení kapacity plynojemu a zásobníku na teplou vodu.  Takto vyzbrojený projekt pak může nabízet svoji část výkonu pro flexibilní výrobu elektřiny a tepla. Poptávajícím po flexibilní výrobě může být sousední odběratel energií, provozovatel distribuční sítě či obchodník s elektřinou.

První vlaštovkou ohlašující příchod jara v moderní energetice je Kodex PS vydávaný provozovatelem přenosové soustavy ČEPS a.s. a schvalovaný Energetickým regulačním úřadem. Tento kodex s ohledem na očekávanou změnu energetiky zavádí nová pravidla pro poskytování služeb sítě, a to jak budou zpřístupněny ekonomické tržní mechanismy pro zhodnocení poskytování funkce regulace (aukce na podpůrné služby v distribuci, zájem obchodníků pro vyrovnání odchylek, virtuální sjednocení zdrojů). 

Naprosto průlomová je možnost poskytovat služby sítě již o výkonu 1 MW. Celý aparát na komunikaci bude tedy muset zvládnout násobky počtu stávajících poskytovatelů služeb. Prominentní skupina zdrojů poskytující služby se tím rozšíří, a tak trochu “zevšední”. Je zřejmé, že tím i cena za služby klesne. Celé to povede k tomu, že principy flexibility se stanou běžnou součástí výrobních zdrojů a spotřeby, což je zřejmě jediný způsob, jak masivně zvýšit podíl OZE a vypustit z mixu uhlí. Pro představu, jak časté jsou v současné době požadavky na zvýšení a snížení výkonu pro udržení parametrů sítě, ukazují grafy (Graf 2, 3 a 4). Je zřejmé, že na energetickém dispečinku to není zrovna žádná pohodová práce, ale že je tam pěkný frmol.      

Graf 2

Graf 3

Graf 4

Článek byl publikován v časopisu Biom 1/2021 Flexibilita energie biomasy a bioplynu.

Tweet

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu