Geniální systém by mohl do roku 2050 trojnásobně pokrýt globální spotřebu energie. Podmínkou je spolupráce

Globální propojení

Elektrická síť, která je z velké části založena na množství zařízení získávajících energii z obnovitelných zdrojů, musí fungovat jinak, než elektrická síť, která k výrobě elektřiny využívá především velké plynové, jaderné nebo uhelné elektrárny. Problémy, které je potřeba řešit, vyplývají nejen z kolísavé výroby elektřiny ze sluneční a větrné energie a nutnosti jejího dočasného skladování: také samotné elektrické sítě je potřeba rozšířit a mnohem lépe propojit mezi jednotlivými regiony i zeměmi. Současně se kvůli rostoucí elektrifikaci v dopravě a vytápění dramaticky zvyšuje spotřeba elektřiny, a tím i nutnost jejího přenosu.

Výzkumná skupina z Institutu geografických věd a výzkumu přírodních zdrojů Čínské akademie věd se zabývala těmito výzvami a v rámci studie představila vlastní vizionářský koncept: vědci navrhují vybudování globálně propojeného solárně-větrného energetického systému na základě pokročilé výkonné síťové infrastruktury. Systém by měl být schopen do roku 2050 pokrýt více než trojnásobek na tento letopočet předpokládané spotřeby elektřiny.

Vědci navrhují mezikontinentální „super síť“

Středobodem této výzkumné práce je integrace geograficky rozptýlených výrobců obnovitelné energie do synchronizované „super sítě“, která bude fungovat napříč kontinenty. Propojením solárních parků v oblastech s vysokým slunečním zářením s větrnými parky v teritoriích s častým větrem má systém vyrovnávat kolísání, které je jinak pro obnovitelné zdroje energie charakteristické. 

Důmyslné prognostické algoritmy a řízení této super sítě v reálném čase mají za úkol plynule přesměrovat přebytečnou energii, která se v některých oblastech vyrábí ve špičkách, do regionů s nízkou výrobou. Tento stupeň propojení má nejen maximalizovat efektivitu spotřeby elektřiny, ale také snížit závislost na elektrárnách poháněných převážně zemním plynem, které slouží k vyrovnávání zátěžových špiček.

V rámci studie se vědci zabývají mimo jiné vývojem ultra vysokonapěťových stejnosměrných přenosových vedení (UHVDC), která mají překlenout tisíce kilometrů s minimálními ztrátami. Moderní vodiče, izolační techniky a výkonová elektronika by měly výrazně zlepšit účinnost a stabilitu přenosu, což by zase mělo usnadnit přenos velkých množství elektřiny i mezi kontinenty. Použití nejmodernějších měničů proudu by mělo umožnit obousměrný tok energie, díky čemuž by základní rozvodná síť měla být schopna flexibilně reagovat na kolísající vzorce výroby a poptávky.

Velkokapacitní bateriová úložiště, přečerpávací elektrárny a technologie pro výrobu, skladování a přeměnu zeleného vodíku na elektřinu mají podle studie překlenout období bez slunečního svitu a větru a vyrovnávat napětí v síti.

Přesné prognózy a data v reálném čase mají minimalizovat plýtvání elektřinou 

Vzhledem k tomu, že propojená síť má fungovat v téměř globálním měřítku, byl by také nutný komplexní přístup v reálném čase k vývoji prognóz poptávky a řízení zátěže. Modely strojového učení vyvinuté výzkumným týmem by měly být schopny zpracovávat rozsáhlé datové soubory, včetně povětrnostních vzorců, trendů spotřeby a ekonomických ukazatelů. Cílem je optimalizovat plány nasazení a přidělování zdrojů. Systém by tak získal prognostické schopnosti, díky nimž by se síť mohla dynamicky přizpůsobovat jak předvídatelným denním cyklům, tak neočekávaným událostem, jako jsou extrémní povětrnostní podmínky nebo dokonce i geopolitické nepokoje.

Vědci očekávají přínosy celého systému nejen z hlediska udržitelnosti, ale také ze socioekonomického hlediska: Přerozdělování energie z regionů bohatých na zdroje obnovitelné energie do regionů s nedostatkem možností vlastní výroby energie by mohlo podnítit spravedlivější ekonomický rozvoj a podpořit mezinárodní spolupráci v oblasti energetické bezpečnosti.

Také bezpečnost této mezinárodní super sítě je také předmětem výzkumu: například ověřování transakcí založené na blockchainu a decentralizované kontrolní systémy mají zlepšit transparentnost sítě a bezpečnost dat. Přísná fyzická bezpečnostní opatření mají dále chránit síť před neoprávněným přístupem. 

Náklady o 15 procent nižší než u národních řešení 

Vybudování koridorů UHVDC popsaných ve studii by samozřejmě vyžadovalo obrovské mezinárodně koordinované úsilí: pokládka podmořských kabelů, výstavba přenosových uzlů a decentralizovaných kontrolních center na souši, implementace systémů údržby pro dálkovou diagnostiku řízených umělou inteligencí, detekce poruch a autonomní opravy a integrace decentralizovaných výrobců samotných představují pouze část nezbytných opatření.

Vědci však poukazují na pilotní projekty a výsledky simulací, které potvrzují – alespoň teoretickou – proveditelnost systému. Odhadují, že takový systém by mohl vyprodukovat přibližně 3,1násobek celosvětové spotřeby elektřiny prognózované pro rok 2050. Počáteční investice potřebné pro vybudování super sítě by byly o 15 procent nižší než v případě realizace fragmentovaných národních strategií. Současně by takto globálně propojený systém měl vykazovat pozoruhodnou odolnost vůči klimatickým extrémům, výpadkům výroby, poruchám přenosu a geopolitickým konfliktům.

Zdroj: Nature Communications