základní informace
Energeticky pozitivní čtvrti a sousedství (někdy také v češtině označovány jako tzv. “plusové energetické čtvrti”) jsou klíčovou částí komplexních přístupů k udržitelné urbanizaci, které zahrnují technologická, územní, regulační, finanční, právní, sociální a ekonomická hlediska. Tyto komplexní přístupy optimalizují tři klíčové aspekty: energetickou účinnost, energetickou flexibilitu a výrobu energie směrem ke klimatické neutralitě a přebytku energie. Doporučení ohledně geografického a virtuálního vymezení hranic PED se však stále diskutují.
Energeticky pozitivní čtvrti (PED) / sousedství (PEN) jsou definovány v Bílé knize o referenčním rámci PED jako energeticky účinné a energeticky flexibilní městské oblasti nebo skupiny propojených budov, které produkují v součtu nulové emise skleníkových plynů a aktivně řídí místní nebo regionální roční přebytek výroby energie z obnovitelných zdrojů. Vyžadují integraci rozdílných systémů a infrastruktur, interakci mezi budovami, uživateli a regionálními energetickými systémy, systémy mobility a informačními i komunikačními technologiemi, při zajištění dodávky energie a kvality života pro všechny v souladu se sociální, ekonomickou a environmentální udržitelností.
Evropský strategický plán pro energetické technologie (tzv. SET Plan), který Evropská unie přijala v roce 2008 a revidovala v roce 2015, je prvním krokem k vytvoření evropské politiky v oblasti energetických technologií. Jejím cílem je urychlit rozvoj znalostí, přenos technologií a jejich zavádění tak, aby bylo dosaženo cílů v oblasti energetiky a změny klimatu. SET plán se zaměřuje na 10 klíčových oblastí opatření, z nichž konkrétně opatření 3.2 „Inteligentní města a společenství“ má za cíl podpořit plánování, zavádění a replikovatelnost 100 energeticky pozitivních čtvrtí do roku 2025. Takové PED/PEN mohou být nově budované, ale měly by také zahrnovat ambiciózní řešení pro obnovu stávajících městských čtvrtí.
V rámci EU již existuje řada projektů, které byly realizovány v rámci PED. Komplexní shrnutí některých reálných příkladů projektů souvisejících s PED provedla JPI v roce 2020. V rámci projektu INTERACT budou využity osvědčené postupy z existujících projektů PED/PEN v jiných zemích a také budou respektovány potřeby všech zúčastněných stran (stakeholderů) vč. potřeb pro udržení stabilní energetické sítě.
Energetická společenství (někdy též energetické komunity) jsou novou formu sociálního hnutí, která umožňuje participativnější a demokratičtější energetické procesy. Energetická společenství zapojují občany a veřejné i soukromé subjekty do kolektivního energetického chování, které slouží k prospěchu společenství i životního prostředí
Definice energetických společenství se vyvinuly v rámci legislativního rámce dvou směrnic EU, tj. Směrnice o vnitřním trhu s elektřinou (EU) 2019/944 a Směrnice o obnovitelných zdrojích energie (EU) 2018/2001.
V listopadu 2016 navrhla Evropská komise definovat tzv. místní energetickou komunitu (Local Energy Community) jako: sdružení, družstvo, partnerství, nezisková organizace nebo jiná právnická osoba, nad kterou mají účinnou kontrolu místní podílníci nebo členové a která je obecně orientovaná na hodnotu spíše než na zisk, účastní se distribuované výroby a na místní úrovni, a to i přeshraničně, vykonává činnosti provozovatele distribuční soustavy, dodavatele nebo agregátora. Pojmy „místní podílník“, „místní člen“ a „místní úroveň“ však zůstaly nedefinovány.
Téměř o rok později, v září 2017, Rada Evropské unie změnila návrh Evropské komise a definovala energetická společenství (Energy Communities) odlišně. Energetické společenství je definováno jako právnická osoba, která je skutečně ovládána akcionáři nebo členy, kteří jsou fyzickými osobami, místními orgány, včetně obcí, nebo malými podniky a mikropodniky. Nejméně 51 % akcionářů nebo členů s hlasovacími právy subjektu jsou fyzické osoby. Energetická společenství se mohou zabývat výrobou, distribucí a dodávkami elektřiny, vlastní spotřebou, agregací, skladováním nebo službami v oblasti energetické účinnosti, výrobou elektřiny z obnovitelných zdrojů nebo poskytovat jiné služby svým akcionářům nebo členům. Tato definice odstranila geografické omezení místního energetického společenství tím, že umožnila účast v energetickém společenství i nemístním fyzickým osobám a malým podnikům a mikropodnikům.
V dubnu 2019 Rada Evropské unie upřesnila svou definici přejmenováním energetického společenství na Občanské energetické společenství (Citizen Energy Community). Tato definice je zároveň obsažena v konečné verzi Směrnice (EU) 2019/944, která je v současné době v platnosti. Občanské energetické společenství bylo v české verzi směrnice definováno jako právní subjekt:
a) jenž je založen na dobrovolné a otevřené účasti a je účinně kontrolován členy nebo podílníky, kteří jsou fyzickými osobami, místními orgány, včetně obcí, nebo malými podniky,
b) jehož hlavním účelem není vytvářet zisk, ale poskytování environmentálních, hospodářských nebo sociálních společenských přínosů svým členům nebo podílníkům nebo místním oblastem, kde provozuje svou činnost a
c) jenž může být zapojen do výroby elektřiny, včetně výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů, její distribuce a dodávek, spotřeby, agregace, ukládání energie, služeb energetické účinnosti nebo služeb nabíjení elektrických vozidel nebo může svým členům či podílníkům poskytovat další energetické služby;
Paralelně s tím Evropská komise v listopadu 2016 navrhla koncept Společenství pro obnovitelné zdroje energie (Renewable Energy Community), ale jeho jasnou definici uvedla až v prosinci 2018 aktuálně platná směrnice (EU) 2018/2001. Podle české verze této směrnice je společenstvím pro obnovitelné zdroje právní subjekt:
a) který je v souladu s platným vnitrostátním právem založen na otevřené a dobrovolné účasti, je samostatný a je účinně kontrolován podílníky nebo členy, kteří se nacházejí v blízkosti projektů energie z obnovitelných zdrojů vlastněných a vybudovaných tímto právním subjektem;
b) jehož podílníky nebo členy jsou fyzické osoby, malé a střední podniky nebo místní orgány, včetně obcí;
c) jehož hlavním účelem není vytváření zisku, ale poskytování environmentálních, hospodářských nebo sociálních společenských přínosů svým podílníkům nebo členům anebo místním oblastem, kde provozuje svou činnost;
Směrnice o obnovitelných zdrojích energie (EU) 2018/2001 a Směrnice o vnitřním trhu s elektřinou (EU) 2019/944, které byly nedávno přijaty v rámci balíčku Čisté energie, poskytují aktuální definice energetických společenství tím, že rozlišují mezi Společenstvím pro obnovitelné zdroje (Renewable Energy Communities neboli REC) a Občanským energetickým společenstvím (Citizen Energy Communities neboli CEC).
Účast v obou typech energetických společenství je obecně otevřená a dobrovolná a jejich cílem je poskytovat členům společenství nebo akcionářům spíše sociální, ekonomické a environmentální přínosy než zisk. Typické činnosti společenství zahrnují dodávky, výrobu, skladování, distribuci, spotřebu, sdílení a služby související s energií.
Společenství pro obnovitelné zdroje (Renewable Energy Communities, REC) jsou geograficky omezené a organizované v blízkosti projektů obnovitelné energie, které toto společenství vlastní a rozvíjí. Účastnit se mohou fyzické osoby, včetně domácností s nízkými příjmy, místních orgánů a malých a středních podniků (MSP). REC pokrývají širokou škálu činností týkajících se všech forem obnovitelné energie v odvětví elektřiny a tepla. Jsou účinně kontrolovány malými a středními podniky, přičemž zůstávají nezávislé na jednotlivých členech a dalších tradičních účastnících trhu, kteří se společenství účastní jako členové nebo podílníci.
Občanská energetická společenství (Citizen Energy Communities, CEC) se liší především svou geograficky neomezenou povahou, zaměřením pouze na sektor elektrické energie a technologickou neutralitou. Účastnit se jich může kterýkoli subjekt, pokud jeho členové nebo akcionáři, kteří se zabývají rozsáhlou obchodní činností a pro něž je energetika hlavní oblastí hospodářské činnosti, nevykonávají žádnou rozhodovací pravomoc.
Hlavní hnací silou rozvoje inteligentních sítí je ochrana životního prostředí prostřednictvím dekarbonizace všech hospodářských odvětví. Tento cíl vede k výraznému nárůstu využití energie z obnovitelných zdrojů. Tyto zdroje mají různou velikost, jsou připojeny v celé energetické síti na různých napěťových úrovních, čímž se radikálně mění struktura výroby elektřiny. Kvůli těmto změnám tradiční architektura energetické soustavy přestává vyhovovat nově vznikajícím požadavkům. Objevují se tedy nové a odlišné ucelené architektury, které lépe splňují potřeby éry Smart Grids.
Elektrizační soustava je fyzický celek, který zahrnuje různá zařízení vlastněná a provozovaná různými zúčastněnými stranami. Každá řídicí akce má také vždy dopad na chování celého systému. Řídicí schémata, která se neopírají o holistický přístup, tj. zohledňují jen perspektivu jednotlivých zúčastněných stran (provozovatelů přenosových soustav, provozovatelů distribučních soustav a zákazníků) a optimalizují pouze jednotlivé funkce, vedou z globálního pohledu k neoptimálním řešením. Holistická architektura naopak umožňuje efektivní a bezpečný provoz soustavy jako celku.
Holistická architektura energetického systému je architektura, ve které jsou všechny relevantní součásti energetického systému sloučeny do jediné struktury. Struktura může zahrnovat:
- výrobu elektřiny (bez ohledu na technologii nebo velikost, např. velké elektrárny, distribuované zdroje atd.)
- skladování elektřiny (bez ohledu na technologii nebo velikost, např. přečerpávací elektrárny, baterie atd.)
- elektrickou síť (bez ohledu na úroveň napětí, např. síť velmi vysokého, vysokého a nízkého napětí)
- spotřebitele elektrické energie
- trh s elektřinou
Holistická architektura sjednocuje všechny interakce v rámci samotné energetické soustavy, mezi provozovateli sítí, výrobnami a zařízeními na skladování energie, spotřebiteli a odběrateli i trhem, čímž vytváří možnost jejich harmonizace bez ohrožení soukromí dat a kybernetické bezpečnosti. Usnadňuje také všechny procesy nezbytné pro spolehlivý, hospodárný a ekologický provoz inteligentních energetických systémů. Navíc umožňuje jasně popsat vztahy mezi jednotlivými aktéry a vytváří podmínky pro bezproblémovou energetickou transformaci.
Více informací k tomuto tématu lze nalézt v Bílé knize o holistických architekturách pro budoucí energetické systémy, kterou vydala v roce 2020 pracovní skupina ETIP SNET pro spolehlivý, ekonomický a efektivní systém inteligentních sítí.
LINK-paradigma definuje soubor jednoho nebo více elektrických zařízení (Electrical appliances), řídicího systému (control schema) a rozhraní (interface) jako jeden článek (tzv. “link”) celkové sítě.
LINK-paradigma se používá jako nástroj pro návrh holistické architektury a tzv. LINK řešení. Usnadňuje modelování celé elektrizační soustavy od velmi vysokých po nízké napěťové hladiny, až na úroveň jednotlivých spotřebitelů. Umožňuje dále popis všech provozních procesů elektrizační soustavy, jako je rovnováha mezi zatížením a výrobou, vyhodnocování napětí, dynamická bezpečnost, odezva na poptávku řízená cenou a mimořádnými událostmi atd.
LINK-paradigma je základem holistického, technického a tržního modelu inteligentních energetických systémů s velkým podílem distribuovaných zdrojů energie (DER). Holistický technický model (tzv. „síť energetického řetězce“) znázorňuje složení linků a jejich relativní polohu v prostoru, a to jak horizontálně, tak vertikálně.
Propojené sítě velmi vysokého napětí (na obrázku zkratka HVG) jsou umístěny na horizontální ose. Jsou vlastněny a provozovány provozovateli přenosových soustav (na obrázku zkratka TSO). Sítě středního a nízkého napětí (na obrázku zkratka MVG, resp. LVG) a sítě na úrovni jednotlivých zákazníku (na obrázku zkratka CPG) jsou umístěny na svislé ose. Sítě středního a nízkého napětí ve skutečnosti vlastní a provozují provozovatelé distribučních soustav (DSO), zatímco sítě CPG provozují zákazníci.
Podle definice je výše zmíněná „síť energetického řetězce“ soubor automatizovaných energetických sítí určených pro řetězové spoje (tyto články zkráceně označujeme jako “links”). Sítě na sebe navazují a vytvářejí flexibilní a spolehlivé elektrické spojení. Každý jednotlivý článek (link) nebo svazek článků funguje samostatně a má smluvní ujednání s ostatními příslušnými hraničními články nebo svazky článků.
Holistický model spojený s trhem s energií je odvozen od holistického technického modelu. Celý trh s energií se skládá z propojených tržních oblastí (vyrovnávacích skupin) na horizontální a vertikální ose. Provozovatelé přenosových soustav působí na horizontální ose holistického modelu trhu, zatímco provozovatelé distribučních soustav působí na vertikální ose. Na základě tohoto modelu budou nejen provozovatelé přenosových soustav, ale i provozovatelé distribučních soustav, komunikovat přímo s celým trhem, aby zajistili provoz distribuční soustavy bez přetížení a převzali úkoly vyrovnávání zatížení i výroby. Vlastníci distribuovaných zdrojů energie a prosumers (tj. výrobci a zároveň spotřebitelé elektřiny) se mohou účastnit trhu přímo nebo prostřednictvím agregátorů či místních energetických společenství. Vytvoření místních maloobchodních trhů přitahuje nabídky odezvy na straně spotřeby a stimuluje investice v oblastech lokálních energetických společenství.
V rámci LINK architekuře jsou definované tři hlavní nezávislé součásti energetického systému (výrobce, skladování energie a síť). Ty tvoří tři základní články (links) ucelené architektury, tj. i) článek výrobce, ii) článek skladování energie a iii) článek sítě. Vycházejí z LINK-paradigmatu a mají tři základní prvky: elektrické zařízení, řídicí jednotku a rozhraní.
- Článek výrobce (na obrázku Producer-Link) je složen ze zařízení na výrobu elektřiny (jako je generátor, fotovoltaický systém atd.), jeho řídicí jednotku a rozhraní s dalšími částmi systému.
- Článek skladování energie (na obrázku Storage-Link) je složen ze zařízení na skladování energie (jako je generátor přečerpávací elektrárny, baterie atd.), jeho řídicí jednotky a rozhraní.
- Článek sítě (na obrázku Grid-Link) je složen z části sítě (vč. vedení, transformátorů, atd.), zařízení jalového výkonu, řízení a rozhraní.
Holistická architektura založená na LINK-paradigmatu spojuje všechny relevantní součásti energetického systému do jediné struktury. Všechny články (linky) spolu komunikují prostřednictvím technických rozhraní („T“) a s trhem prostřednictvím tržních rozhraní („M“), přičemž je zajištěna ochrana osobních údajů a kybernetická bezpečnost. Samotní spotřebitelé (na obrázku Customer Plants) jsou příliš malí na to, aby se mohli účastnit trhu přímo, proto se účastní prostřednictvím agregátora nebo energetického společenství.
Různé úrovně architektury LINK (tj. technická, funkční, zobecněná a holistická) jsou popsány v tomto videu.
Holistická architektura založená na LINK-paradigmatu umožňuje začlenění energetických společenství a podporuje tak jejich masovější implementaci.
Všichni účastníci trhu, včetně zákazníků vstupujících do energetických společenství, se účastní trhu nediskriminačním způsobem. Každý účastník trhu (tj. spotřebitelé, prosumers, provozovatelé distribuovaných energetických zdrojů a poskytovatelé služeb) se může rozhodnout, zda se trhu zúčastní přímo, prostřednictvím agregátora nebo prostřednictvím energetického společenství. Všichni provozovatelé přenosových i distribučních sítí trh koordinují, aby zajistili spolehlivé a bezpečné fungování energetické soustavy.
Holistická architektura založená na LINK-paradigmatu podporuje proces odezvy na straně spotřeby řízený cenou, který je pro energetické společenství nesmírně důležitý. Zde je krátké video s dalším vysvětlením.
Energetické komunity mohou svým členům a svému okolí nabídnout tím více služeb, čím lépe jsou integrovány do okolních systémů.
Energetická společenství v rámci evropského trhu s energií postupně naleznou své funkční obchodní modely.
V projektu INTERACT jsme nastínili možné obchodní modely energetických komunit a jejich postupný vývoj od základního fungování až po pokročilý model komunity, která je plně integrovaná do energetického trhu a je jeho plnohodnotným členem.
- Základní fungování (Basic operation) umožňuje sdílet lokálně vyrobenou obnovitelnou energii.
- Pokročilý provoz (Advance operation) se zaměřuje na optimalizaci výroby a poptávky s využitím lokální flexibility.
- Integrovaný provoz (Integrated operation) umožňuje automatizovanou podporu sítě pomocí vyrovnávacích služeb, jakož i procesů reakce na poptávku řízených cenami a nouzovými situacemi.
- Plně integrovaný provoz (Fully Integrated operation) je nejpokročilejším obchodním modelem, který počítá s poskytování služeb flexibility jak na lokální úrovni tak na vyšších úrovních energetického trhu. Počítá s vetikálně propojenou strukturou lokálních, regionální a národního energetického trhu. Flexibilní cenové modely mohou indukovat investice do dalších výrobních zařízení pro obnovitelné zdroje.
Fyzikální zákony jsou neměnné, každé řešení je musí zohlednit. Holistická architektura systému zajišťuje standardizovanou strukturu na všech úrovních sítě a umožňuje jejich bezproblémovou koordinovanou integraci a provoz. Technické řešení může zmírnit problémy spojené s implementací distribuovaných zdrojů energie.
V projektu INTERACT jsme popsali klíčové vlastnosti, které by mělo mít Plně integrované energetické společenství:
- Vhodná strategie řízení jalového výkonu, která zvyšuje kapacitu sítě a snižuje nutnost výměny dat.
- Při návrhu technického řešení je klíčová ochrana dat.
- Integrace do energetického systému způsobem, který zvyšuje stabilitu sítě, využívá potenciál flexibility a podporuje obnovu v případě výpadku sítě.
- Přístup založený na důvěře, transparentnosti a spravedlnosti.
- Budování společenství a výměna znalostí s cílem posílit sociální soudržnost a místní potenciál.
Pro realizaci plně integrovaných energetických společenství založených na holistické infrastruktuře LINK se navrhují tyto změny celé struktury energetického trhu:
- Vytvoření lokálního trhu pro optimalizaci souladu výroby a poptávky a posílení lokálních hodnotových toků.
- Stejná logika trhu na všech úrovních pro zajištění spolehlivosti a odolnosti.
- Národní, regionální a lokální trhy s vertikální integrací.
- Integrace trhu, která umožňuje demokratizaci energetiky.
- Navrhovaná nová struktura trhu v souladu s evropskými směrnicemi.
