Tento přehledový článek vznikl ve spolupráci s experty z týmů Fakta o klimatu a Nano Energies.

Pro vysvětlení toho, jak se na trhu s elektřinou stanovuje cena elektřiny, je nejprve potřeba vysvětlit dva důležité koncepty: jak se v síti zajišťuje vyrovnávání výroby se spotřebou elektřiny, a jak si jednotlivé elektrárny stanovují minimální cenu, za kterou jsou ochotné elektřinu na trh prodávat.

Jak se v elektrické síti vyrovnává výroba a spotřeba?

Pro správné fungování elektrické sítě je nutné zajistit, aby byla výroba elektřiny vždy zhruba stejná, jako je odběr elektřiny ze sítě“, vysvětluje Jan Krčál, energetický analytik v týmu Fakta o klimatu. „V případě, kdy spotřeba elektřiny výrazně přesáhne její výrobu, dojde k poklesu frekvence v síti a většímu namáhání generátorů elektřiny. Ty pak v extrémním případě mohou být odpojeny, aby se předešlo jejich poškození, což vyvolá přerušení dodávky elektřiny – tzv. blackout. Podobně pokud by výroba byla výrazně vyšší než spotřeba, mohlo by to poškodit některé části elektrické rozvodné sítě, což v extrémním případě opět povede k jejich odpojení a přerušení dodávky elektřiny. Výrobu a spotřebu je tak nutné neustále balancovat v reálném čase“.

Spotřeba elektřiny se v průběhu dne liší – zpravidla je přes den vyšší než v noci. V zimě pak poptávka po elektřině bývá vyšší než v létě z důvodu vytápění (v dalších dekádách ale může spotřeba v létě převýšit zimní z důvodu oteplování klimatu a rostoucí potřeby klimatizace). Spotřebu elektřiny tak lze do určité míry dopředu odhadovat a je tedy možné dopředu plánovat i to, kolik bude potřeba v každém okamžiku vyrobit elektřiny. Toto plánování, tedy propojování nabídky elektráren na výrobu elektřiny s předpokládanou poptávkou dodavatelů po elektřině, probíhá na energetické burze, jak dopodrobna popíšeme dále.

Ukázka průběhu spotřeby elektřiny v ČR v rámci dne, kdy je průměrná spotřeba nejvyšší. Zdroj grafu: Ročenka ERÚ

Protože však spotřebu elektřiny dopředu nikdy nelze odhadnout zcela přesně, v síti se vždy budou vyskytovat malé odchylky, které je potřeba regulovat v reálném čase. Tuto regulaci provádí provozovatel přenosové soustavy, kterým je v České republice společnost ČEPS, a.s. Její řídící středisko v reálném čase sleduje spotřebu elektřiny v ČR a zajišťuje vyrovnávání výroby se spotřebou (konkrétní mechanismy jsou vysvětleny v dodatcích na konci textu).

Na stránkách ČEPS můžete sledovat živě data o výrobě elektřiny a zatížení sítě (tedy spotřebě) v ČR.

Podle čeho se vybírá, které elektrárny poběží?

Celkový instalovaný výkon všech elektráren (vč. tepláren) v ČR je zhruba 21,3 GW. Všechny ale neběží stále na plný výkon, jejich výroba závisí na jejich schopnosti vyrobit (např. dostatek větru pro větrné elektrárny) a prodat (nabídnout za přijatelnou cenu) svou elektřinu. Důležitým parametrem pro schopnost elektráren vyrobit a prodat elektřinu je také doba, jak dlouho je trvá zapnout či vypnout, tedy jak dobře dokáží reagovat na změny v poptávce po elektřině.

Elektrárny v ČR můžeme pro přehled zjednodušeně rozdělit do následujících hlavních kategorií:

Tabulka druhů elektráren v ČR a jejich doby náběhu (zjednodušeno). Zdroj dat: ERÚ, EIA. Vizualizace: Fakta o klimatu

„Vzhledem k tomu, že spotřeba elektřiny v ČR se v závislosti na dnu a hodině pohybuje mezi 5 GW a 12 GW a export do zahraničí má kapacitní omezení, je zřejmé, že v každém okamžiku mohou běžet jen některé elektrárny a ostatní jsou ponechány vypnuté,“ vysvětluje Prokop Čech, konzultant ve společnosti Nano Energies. „To, které elektrárny poběží, se přitom rozhoduje na burze s elektřinou – poběží ty, kterým se podaří svou elektřinu na trhu prodat. To znamená, že jejich nabídka výroby elektřiny za určitou minimální cenu se na trhu setká s poptávkou po elektřině za určitou cenu.“

Jako první pro uspokojení poptávky po elektřině se využívají ty zdroje, které produkují nejlevnější elektřinu (tzn. podávají nejlevnější nabídky elektřiny). Když je poptávka vyšší, než kolik mohou uspokojit levné zdroje elektřiny, zapojují se dražší a dražší zdroje, dokud není poptávka uspokojena. Při snižování poptávky po elektřině se naopak ty nejdražší zdroje elektřiny přestávají využívat jako první. Tomuto seřazení zdrojů podle ceny se v angličtině říká merit order. Ilustrován je na následujícím obrázku. Upozorňujeme, že následující obrázek je ilustrační a jen přibližně odpovídá skutečným hodnotám (které nejsou veřejně k dispozici):

Obrázek ilustruje fakt, že se zvyšující se poptávkou po elektřině se zapojují do výroby dražší a dražší zdroje elektřiny, což vede k vyšší ceně elektřiny. Pokud k pokrytí celé poptávky stačí jaderné elektrárny a OZE, cena elektřiny na trhu může být velmi nízká. Pokud je naopak potřeba zapojit i plynové elektrárny, cena může být velmi vysoká. Jaderné elektrárny je složité vypnout, a tak jsou ochotné dočasně prodávat elektřinu i za zápornou cenu. U OZE závisí šířka sloupce na počasí, při nepříznivých podmínkách vyrobí OZE méně elektřiny. Data jsou pouze ilustrační. Vizualizace: Fakta o klimatu

Jak každá elektrárna stanovuje svou minimální cenu, za kterou bude dodávat elektřinu?

„Elektrárny mají obecně dva druhy nákladů – fixní náklady a variabilní náklady,“ dodává Krčál. „Fixní náklady jsou výdaje, které musí majitel elektrárny platit bez ohledu na to, jestli elektrárna běží, nebo stojí. Jsou to například mzdy zaměstnancům, náklady na údržbu, či rozpočítané náklady na stavbu elektrárny. Variabilní náklady jsou výdaje, které majitel musí zaplatit za každou jednotku vyrobené elektřiny. Sem patří zejména cena paliva, a případně i cena emisní povolenky, pokud elektrárna vypouští oxid uhličitý.“

Každá elektrárna chce vyrábět elektřinu vždy, kdy se jí to vyplatí, což znamená, kdy cena prodané jednotky elektřiny přesáhne výrobní náklady na tuto jednotku elektřiny (což jsou variabilní náklady). Elektrárny tedy nabízejí elektřinu za částku, které je rovná jejich variabilním nákladům – za nižší částku nejsou ochotny elektřinu vyrábět (s výjimkou jaderných elektráren, které je drahé odstavovat). Za vyrobenou elektřinu pak elektrárny zpravidla dostanou vyšší částku, než jaká byla jejich nabídková cena – dostanou peníze podle ceny elektřiny na trhu.

Z provozního zisku pak elektrárna musí samozřejmě pokrýt i své fixní náklady. Protože však výši jejích příjmů za jednotku vyrobené elektřiny určuje trh, její provozní zisk závisí na průměrné ceně elektřiny na trhu. Pokud jsou tyto ceny příliš nízké, některé elektrárny nezvládnou pokrýt své fixní náklady a budou uzavřeny. To způsobí snížení nabídky kapacit pro výrobu elektřiny a zvýšení průměrné ceny elektřiny. Pokud je průměrná cena elektřiny naopak vysoká, přiláká to investice do nových elektráren, které zvýšením nabídky kapacit pro výrobu elektřiny způsobí snížení průměrné ceny elektřiny. Takto se trh s elektřinou sám reguluje.

Které zdroje elektřiny jsou nejlevnější a které nejdražší?

Nejlevnější elektřinu v současnosti produkují obnovitelné zdroje elektřiny. Tyto zdroje nepotřebují žádné palivo a nevypouštějí oxid uhličitý (tedy neplatí za emisní povolenky), jejich variabilní náklady jsou tak téměř nulové. Tyto zdroje tedy vyrábějí elektřinu vždy, kdy mohou, dle aktuálních podmínek.

Jaderné elektrárny mají zvláštní postavení, jelikož regulovat jejich výkon je obtížné. Obecně ale také platí, že jejich fixní náklady jsou vysoké a variabilní náklady nízké. Jaderné elektrárny jsou tedy ochotné prodávat elektřinu za jakoukoli cenu a tedy také běží prakticky vždy (kromě odstávek reaktorů).

V době, kdy výroba z obnovitelných zdrojů a jaderných elektráren nestačí k pokrytí celé poptávky po elektřině, přicházejí na řadu zdroje, ve kterých je možné vyrábět elektřinu dle potřeby (jsou regulovatelné). Mezi těmito zdroji jsou například elektrárny na uhlí, zemní plyn, či biomasu. Jejich pořadí opět určí to, za jak nízkou cenu jsou tyto elektrárny schopné produkovat elektřinu. Toto pořadí je tedy závislé na cenách paliva pro tyto elektrárny a na jejich emisní náročnosti – čím víc vypustí elektrárna oxidu uhličitého na jednotku vyrobené elektřiny, tím víc musí elektrárna zaplatit na emisních povolenkách, a tím je jednotková cena vyrobené elektřiny dražší. To je mechanismus, kterým emisní povolenky motivují snižování emisní náročnosti jednotlivých elektráren.

Fixní a variabilní náklady na výrobu elektřiny podle druhu elektrárny. Vizualizace: Fakta o klimatu

Pro pokrytí špiček poptávky po elektřině jsou pak připraveny ještě další, zpravidla plynové, elektrárny v záloze. Protože poptávka dosahuje špiček pouze malou část roku, tyto elektrárny jsou většinu roku nevyužity. Přesto je však nutné pokrýt jejich fixní náklady, jimi vyrobená elektřina je tak velmi drahá – tato cena se nastavuje mimo burzu, za poskytování těchto podpůrných služeb platí elektrárnám ČEPS.

Jak se stanovuje cena elektřiny na trhu?

„Pro Českou republiku se tato cena stanovuje na energetické burze PXE v Praze,“ popisuje Čech. „Funguje to tak, že v každém okamžiku se porovnává poptávka po elektřině od zákazníků s cenovými nabídkami od jednotlivých elektráren.“

Ty nejlevnější elektrárny, které jsou dohromady schopné uspokojit poptávku, pak vyrábějí elektřinu. Cena elektřiny na trhu je pak ta cena, za kterou elektřinu vyrábí ten poslední (nejdražší) zdroj, který je ještě potřeba k uspokojení poptávky – tuto částku obdrží všechny právě vyrábějící elektrárny, i ty, které nabídly nižší nabídkovou částku. Tím trh zajišťuje, že elektrárny mají motivaci nabídnout nejnižší možné ceny za výrobu elektřiny (kdyby nabídly vyšší, posunou se v merit order a jejich služby nemusí být vůbec využity), ale přitom současně mohou získat i provozní zisk na pokrytí svých fixních nákladů. Celkově to tedy znamená, že čím je vyšší poptávka po elektřině, tím se musí zapojovat dražší a dražší zdroje elektřiny, což navyšuje cenu elektřiny pro celý trh.

Příklad stanovení ceny elektřiny na trhu v závislosti na výši poptávky po elektřině. Vizualizace: Fakta o klimatu

Praktickou ukázku toho, jak vypadá graf poptávky a nabídky elektřiny, můžete nalézt například na stránkách českého operátora trhu s elektřinou.

Jak z této ceny elektřiny na trhu vzniká cena elektřiny pro spotřebitele, a jak budoucí ceny ovlivní rozvoj obnovitelných zdrojů, se podíváme dopodrobna v příštím článku.

Dodatky a další detaily

Jak konkrétně ČEPS zajišťuje rovnováhu mezi výrobou a spotřebou v každém okamžiku?

Společnost ČEPS pro zajištění výkonové rovnováhy využívá nasmlouvaných dodavatelů podpůrných služeb (v tomto případě konkrétně tzv. služeb výkonové rovnováhy). Dodavatelé služeb výkonové rovnováhy jsou dnes v Česku typicky velké elektrárny a teplárny, které mají flexibilní výrobu. Jde tedy hlavně o uhelné nebo plynové zdroje, které mohou rychle začít vyrábět elektřinu v případě jejího nedostatku, nebo s výrobou rychle přestat v případě přebytku.

ČEPS nyní také připravuje pravidla, která otevřou trh s těmito službami pro více obchodních modelů: např. pro bateriová úložiště nebo pro flexibilitu ve spotřebě. Tu budou moci v principu nabízet např. velké chlazené sklady, kde příliš nezáleží na rozdílu několika stupňů Celsia. Při nedostatku elektřiny tak mohou o něco odložit chlazení nebo naopak při přebytku elektřiny sklady zchladit více a tím stabilizovat síť. Firmy budou motivovány poskytovat podpůrné služby jednak fixními kapacitními platbami, jednak poplatky za každé skutečné využití těchto služeb.

Proč je cena elektřiny na českém trhu tolik závislá na ceně elektřiny v Německu?

Obchodníci na burze s elektřinou mají možnost nakoupit elektřinu na burze v Německu a prodat ji v Česku (a naopak). Přitom si ovšem musí nakoupit potřebnou kapacitu na přeshraničních elektrických vedeních od operátora přenosové sítě. Protože je však Německo a Česko relativně dobře propojené, většinu času se daří elektřinu přeprodávat mezi trhy a tím synchronizovat její cenu (tomu se říká arbitráž).

Některé země jsou přitom tzv. implicitně propojené, což znamená, že si obchodníci nemusí kvůli přeshraničním obchodům nakupovat kapacity na přeshraničních linkách. Takto je ČR propojená se Slovenskem, Maďarskem a Rumunskem. Stejně jsou také navzájem propojeny země západní Evropy. Dlouhodobým cílem EU je pak propojení celé Evropy do jednoho velkého implicitně propojeného trhu. To ještě více zjednoduší přeprodávání elektřiny mezi zeměmi.

Musí elektrárny prodávat svou elektřinu na burze?

Nemusí, elektrárny se mohou také dohodnout s jinými subjekty (firmami či institucemi) na přímém odběru elektřiny formou bilaterální dohody či power purchase agreement (PPA). Tato elektřina pak vůbec neprochází přes burzu a cena prodané elektřiny se řídí tím, co si dané subjekty mezi sebou dohodly.

V jakém časovém horizontu se elektřina obchoduje?

Když trochu zjednodušíme situaci, elektřina se obchoduje ve dvou časových horizontech. Jednak krátkodobě na tzv. spotovém trhu. Na něm se hlavně obchoduje elektřina na příští den (day-ahead), a také je možné obchodovat na právě probíhající den (intra-day). V tomto horizontu se elektřina obchoduje zvlášť na každou hodinu dne.

Jednak se obchoduje dlouhodobě na tzv. futures trhu. Takto si zajistí většina dodavatelů elektřiny alespoň část odhadované spotřeby svých zákazníků. Tento trh funguje stejným způsobem jako trh v reálném čase, ale pracuje s odhadovanými budoucími náklady na výrobu elektřiny jednotlivých elektráren. Elektřina nakoupená na tomto trhu je většinou mírně dražší (protože je v ní započítáno riziko), chrání ale dodavatele elektřiny před náhlým kolísáním ceny elektřiny, které při obchodování v reálném čase může nastat. Díky nákupům dopředu můžou dodavatelé nabízet svým zákazníkům fixovanou cenu elektřiny na několik let dopředu. V tomto horizontu se obchoduje hlavně fixní odběr (tzv. base load) na zvolený den, měsíc, kvartál nebo kalendářní rok.

Úvodní obrázek: Max pixel, CC0