Jak s českou energetikou?

Jak s českou energetikou?

Vladimír Wagner

Nejen v souvislosti s havárií v jaderné elektrárně Fukušima I probíhají v evropské energetice poměrně dramatické změny. Česká energetická soustava je součástí evropské a trendy, které nastávají hlavně u našich ekonomicky velmi silných sousedů, ji v každém případě ovlivní. Proto je dobré se podívat, jaký vývoj lze čekat a jak lze případně čelit rizikům, které sebou může přinést.

Naše civilizace se bez energie neobejde a závisí na ní kvalita života každého jednotlivce i celé společnosti. I z toho důvodu je to oblast, která si zasluhuje velmi seriozní posuzování a přístup. A určitě je potřeba velmi intenzivní a široká diskuze energetického směřování naší vlasti. Nejsem sice energetik ani ekonom, ale mám poměrně široké fyzikální a technické znalosti. Proto bych se pokusil o rozbor možností v energetice České republiky a některá doporučení pro její budoucí vývoj jako malý příspěvek do zmíněné diskuze. Primárně se zaměřím na produkci elektřiny, i když v některých případech se dotknu i dalších oblastí.

Specifika energetiky

Energetika velice silně závisí na přírodních zákonitostech, jejich poznání a technologickém pokroku. Jedná se odvětví, které má velkou setrvačnost. Zdroje se budují na dlouhou dobu Vodní díla, která v současné době využíváme, jsou stará i řadu desítek let. Totéž se týká například i jaderných elektráren a desetiletí fungují i fosilní a další typy zdrojů. Také elektrická síť, která elektřinu distribuuje, se buduje dlouhodobě a její změny jsou spíše pozvolné a náročné nejen na finanční zdroje. V současné době a pravděpodobně ještě relativně dlouho budou pouze velmi omezené možnosti pro skladování energie. To vede k další důležité vlastnosti této oblasti energetiky, kterou je nutnost vyrovnané produkce a spotřeby v každém časovém okamžiku. Nutné tak je pomocí vhodné kombinace zdrojů, případně i regulací spotřeby, docílit potřebné stability okamžitého výkonu v síti.

Vzhledem ke zmíněné důležitosti energetiky pro chod současné společnosti a citlivosti velké řady životně důležitých zařízení na výpadky dodávek elektřiny je zde třeba uplatňovat konzervativní přístup. Je třeba se spíše opírat o širší paletu zdrojů, novinky zavádět v širším měřítku až po ověření a vždy mít v záloze i případná náhradní řešení. Je dobré, když má energetická síť dostatečné rezervy v dostupném výkonu zdrojů i v možnostech jeho přenosu.

Velké koncentrované zdroje

Základem stabilní sítě musí být velké zdroje elektrické energie nezávislé na povětrnostních podmínkách. Je třeba si totiž uvědomit, že se neuspokojuje pouze potřeba domácností, ale i průmyslové výroby, nemocnic, dopravy a další infrastruktury nutné i pro bezpečný chod společnosti. Kromě vodních zdrojů se jako takové v současnosti uplatňují hlavně zdroje fosilní a jaderné. Z fosilních zdrojů se při výrobě elektřiny nejvíce využívají plynové a uhelné elektrárny. Jejich výhodou je, že jsou velice flexibilní a jejich výkon se může v širokém rozmezí regulovat. Výstavba těchto elektráren není investičně tak náročná a lze je postavit relativně rychle. Nevýhodou je velký objem paliva, které spotřebovávají a tím i vysoká cena provozu elektrárny. U uhlí to navíc znamená, že elektrárna nemůže být příliš daleko od uhelných dolů, které ji zásobují. Plyn se sice transportuje i na velké vzdálenosti, ale vzniká tím velmi silná závislost na zajištění kontinuální dodávky této suroviny a vývoji její ceny ve světě. U fosilních zdrojů je třeba počítat s jejich omezenými zásobami, i když zvláště u uhlí jsou relativně vysoké. Navíc se dá uhlí i plyn využít i v jiných oblastech než je výroba elektřiny. A to v takových, kde se jinými zdroji zatím nahrazují jen těžko. Negativním aspektem je také produkce oxidu uhličitého. U plynu je sice nižší, zhruba poloviční, ale přesto dosti významná. Vysoké je i bezpečnostní riziko a ekologické dopady těžby potřebných surovin.

Jaderné zdroje jsou velmi náročné na investice do stavby elektrárny, spotřebovává se v ní však jen velmi malý objem paliva. Transport i z velmi velkých vzdáleností není problém a lze udělat zásoby paliva na dlouhé období, v principu i na celou dobu životnosti elektrárny. Provoz elektrárny je tak relativně velmi levný. Zásoby uranu (izotopu uranu 235) pro klasické reaktory jsou sice omezené, ale na toto století určitě vystačí. Navíc v případě využívání rychlých množivých reaktorů by mohly díky využití izotopu uranu 238 vystačit na tisíciletí. Výkon jaderné elektrárny je oproti fosilním zdrojů regulovatelný v daleko menším rozsahu. Nevýhodou je, že alespoň v současné době jde dominantně o velké zdroje a tím je dána i zmíněná investiční náročnost. Pochopitelně je další nevýhodou i riziko havárie s únikem radioaktivity, které je velice silně pociťováno veřejnosti. Často bez ohledu na jeho reálnost. Pokud se totiž podíváme na seriozně provedené statistiky počtu úmrtí na jednotku vyrobené energie, patří jaderné zdroje k těm nejbezpečnějším. A na tom nic nezmění ani havárie ve Fukušimě I. Další nevýhodou je i dlouhodobost řešení otázky jaderného odpadu a opět vysoká citlivost obyvatelstva k tomuto faktu.

Obnovitelné zdroje

Mezi stabilní zdroje patří elektrárny na biomasu, ať už se spaluje přímo nebo se spaluje až z ní připravený bioplyn. Ideální jsou tyto elektrárny v místě, kde je dostatek biomasy, nejlépe jako odpad zemědělské či další produkce zaměřené na jiné účely. To znamená, že výhodné jsou menší lokální zdroje, do kterých se biomasa nemusí dopravovat na velké vzdálenosti. Nevýhody se začnou projevovat v okamžiku, kdy se tyto zdroje využívají jako velké a v širokém rozsahu. Pak začnou narůstat negativa přepravy biomasy na velké vzdálenosti a pěstování rostlin čistě pro energetické účely, které pak konkuruje výrobě potravin.

Velice specifickou úlohu mají už zmíněné vodní zdroje. Hydroelektrárny jsou stabilní a do jisté míry i snadno regulovatelné. Lze v určitém rozsahu regulovat odpouštění vody a výrobu elektřiny podle potřeb sítě. V případě přečerpávacích elektráren se jedná o v současné době jediný hromadně využívaný efektivní zdroj ukládání energie. Problém je, že u nás jsou možnosti těchto zdrojů již značně vyčerpány. Stavba každého z nich vede navíc k významné změně v životním prostředí daného regionu. Tím více to platí v případě přečerpávacích elektráren. Přesto by se měla podpořit stavba vodních děl v místech, kde by pozitivní aspekty převážily nad negativními.

Další zdroje jsou výrazně proměnné. Jsou velmi silně závislé na geografických podmínkách a na vývoji počasí v daném místě. Sluneční elektrárny mají ideální podmínky v oblastech blíže rovníku, kde je slunce mnohem déle a výše nad obzorem a i oblačnosti zde v řadě oblastí bývá méně. Větrné elektrárny pak v místech se stabilním větrným prouděním. Ideální podmínky bývají hlavně v přímořských oblastech. V Evropě tak jsou nejvýhodnější území při pobřeží Baltského a Severního moře. Z tohoto důvodu by měly být v budoucnu hlavním zdrojem obnovitelné energie v Německu mořské větrné farmy. Velkou výhodou těchto zdrojů je, že se dají stavět ve velmi velkém rozsahu výkonů, nepotřebují palivo a jejich ekologické dopady jsou relativně velmi omezené. Nevýhodou je zmíněná nestabilnost a malá hustota energie, kterou přeměňují na elektrickou. Takže třeba britská mořská větrná farma Thanet s výkonem 300 MW zaujímá plochu 35 km² a největší v současnosti plánovaná sluneční tepelná elektrárna Ivanpah Solar Electric Generating System v Mohavské poušti (USA) s výkonem 392 MW má mít plochu 16 km². Další nevýhodou jsou značně náklady na stavbu těchto elektráren přepočtené na jednotku vyrobené energie a tím i vyšší cena elektřiny z nich než pro zdroje vodní, fosilní či jaderné. Cena elektřiny z nich silně závisí na geografických podmínkách a tím definovaném koeficientu využití instalovaného výkonu. A zatímco pro tepelné sluneční elektrárny na jihu Evropy či mořské větrné farmy na severu se jedná o pouhé násobky oproti ceně z fosilních či jaderných zdrojů, u fotovoltaických elektráren u nás jde o rozdíl i řádový.

Možnosti zdrojů v České republice

Pokud budeme uvažovat o využití různých typů elektráren v České republice, jsou limitujícím faktorem její geologické zásoby potřebných surovin a geografické podmínky. Jsou zde zanedbatelné zásoby ropy a plynu. Zásoby uhlí sice umožňují využití uhelných elektráren, ale budou se postupně vyčerpávat. Velká část současných zásob je také za těžebními limity a jejich prolomení předpokládá likvidaci sídel nad nimi. Zároveň je však uhlí využíváno i v teplárenství a výroba elektřiny z něho mu tak konkuruje.

Geografické i povětrnostní podmínky v naší republice nejsou pro sluneční i větrné elektrárny ideální. Je jen velmi malý počet míst se stabilním větrným prouděním a také počet slunečních dní zde nebývá příliš velký. V našich geografických šířkách nemá smysl stavět sluneční tepelné elektrárny a uplatňují se pouze fotovoltaické. U nich je cena zatím mnohonásobně vyšší. Ani větrné se neobejdou bez dotací, i když nižších. To nevede k problémům, pokud je jejich podíl malý. Pokud však příliš naroste, tak se stávají kritickými, jak pozorujeme v současnosti i u nás. Při snaze razantnějším způsobem zvyšovat podíl těchto zdrojů se naráží na další mez. Velice často je počasí na většině území republiky podobné, takže pak máme elektřiny z obnovitelných zdrojů buď velký přebytek nebo nedostatek. V případě příliš velkého přebytku by se pak část z nich musela vypínat, aby nebyla ohrožována síť, a to zase snižuje efektivitu jejich využívání.

Česko je relativně malý stát a v ekonomice i energetice je silně závislé na svých partnerech. Všichni naši sousede jsou importéři elektrické energie. Jedině naše republika je exportérem a spolu s Francií je jedním z mála evropských států, které mají významnější přebytky elektřiny. Donedávna bylo exportérem také Německo. Jedním z dopadů událostí ve Fukušimě je i zrychlení odstoupení Německa od jádra, odstavení sedmice nejstarších jaderných reaktorů a změna Německa z exportéra elektřiny spíše na jejího importéra. Vzhledem k tomu, že podobnou cestou jako Německo se chtějí vydat i další evropské státy, lze těžko předpokládat, že by se v budoucnu dala elektřina v Evropě snadno koupit. Bude se to týkat hlavně elektřiny ze stabilních zdrojů. Proto je podle mého názoru pro naší republiku životně důležité mít i v budoucnu alespoň slabý přebytek výroby elektřiny ve stabilních zdrojích. Větší přebytek by ji však dal značnou strategickou i ekonomickou výhodu.

Nynější a budoucí situace

V současné době zajišťují téměř 60 % produkce elektrické energie u nás uhelné elektrárny, něco více než 3 % plynové a téměř 32 % jaderné (údaje Mezinárodní energetické agentury pro rok 2008). Z obnovitelných pak připadá téměř 3 % na vodní a 1,7 % na biomasu. Vítr a Slunce pak dodávají jen zlomek procenta. Pro náhradu uhelných zdrojů, kterým budou docházet zásoby surovin, moc možností nemáme. Větší využití biomasy naráží na omezený potenciál jejich zdrojů. Například již současné zvyšování využití štěpky pro výrobu elektřiny dost radikálně konkuruje využívání palivového dříví domácnostmi. Potenciál vodních zdrojů je už téměř vyčerpán. I když se postaví velmi velký výkon fotovoltaických elektráren, bude vzhledem k jejich ročnímu koeficientu využití výkonu, který většinou nedosahuje ani deseti procent, jejich podíl na produkci elektřiny malý. A se všemi negativními důsledky, které se projevují v současné době. Nemáme také severní přímořské oblasti vhodné pro větrné elektrárny, které využívá stále intenzivněji Německo. Že nelze čekat nějaký radikálnější vzrůst podílu větrných a slunečních zdrojů, je vidět i z vývoje v Rakousku, které se snaží obejít bez jádra a přejít k obnovitelným zdrojům už čtvrt století. Přesto pomocí větru vyrábí jen 3 % a fotovoltaika nevyrábí ani půl procenta. A ani Německo, které je na cestě od atomu k obnovitelným zdrojům už téměř deset let vyrábělo v roce 2008 větrem pouze 6 % a ze slunce pouze o kousek více než půl procenta. A to má na severu ideální větrné podmínky.

Možná doporučení

Jako dominantní možnost náhrady uhlí tak je v Česku reálné v nejbližších desetiletích využít pouze jádro nebo plyn. Podle mého názoru je potřeba vzhledem k nastávajícímu odstavování starých uhelných elektráren co nejdříve postavit dva jaderné bloky v Temelíně a postupně připravovat případné posílení a hlavně postupnou náhradu stárnoucích reaktorů v Dukovanech. Tato elektrárna patří z hlediska provozu k čtvrtině těch nejlepších ve světě a po pečlivých analýzách všech bezpečnostních aspektů nejspíše jejich životnost bude prodlužovat. Stejně je však potřeba se už teď připravovat na jejich postupnou náhradu. Pokud by se stavěly velké bloky, jako třeba EPR, mohla by se výroba elektřiny v jaderných elektrárnách u nás až zdvojnásobit. Jaderné elektrárny by pak do značné míry převzaly úlohu základního stabilního zdroje, kterou dnes vykonávají uhelné. Pomohlo by to i významnému snížení produkce oxidu uhličitého. To, že využívání jaderných zdrojů pomáhá snížení produkce oxidu uhličitého, je vidět i z produkce tohoto plynu různými státy, které mají srovnatelnou velikost, ekonomiku i geografické podmínky, ale liší se v míře využití jaderné energie. Například v Německu je oproti Francii produkce oxidu uhličitého více než dvojnásobná. V Rakousku se jej pak oproti Švýcarsku produkuje zhruba o padesát procent více.

Určitě bude účelné zvýšit podíl plynových elektráren, které by hlavně mohly zálohovat zvyšující se podíl proměnných obnovitelných zdrojů u nás i u našich sousedů. V místech, kde je dostatek zásob uhlí by se pak stále mohly využívat moderní uhelné bloky. V uhlí by se však měla dát priorita teplárenství. U fosilních zdrojů by měl být kladen v rámci možností a účelnosti důraz na kogenerační jednotky a využití superkritických bloků. U plynu je v současné době hlavním rizikem, že všude v Evropě se jeho spotřeba bude radikálně zvyšovat. To může mít vliv na jeho cenu, která se dost těžko odhaduje. Zároveň je to také ideální medium pro teplárenství.

V oblasti obnovitelných zdrojů by dotace měly být zaměřeny efektivně. Tedy na malé distribuované zdroje jako jsou solární panely na budovách nebo kombinace malých zdrojů využívající místní zdroje biomasy s větrnými nebo fotovoltaickými, které zálohují. Takové projekty neohrožují stabilitu sítě a nevedou k problémů s masivní dotací ceny, jaká nastala u fotovoltaiky. Nelze tak sice docílit masivnějšího podílu těchto zdrojů v současnosti, ale podpoří se tak jejich efektivní využití a rozvoj. Pokud v budoucnu efektivita těchto zdrojů a jejich cena klesne, tak se v masivnějším měřítku prosadí i bez vysoké dotace.

Velký potenciál mají úspory v oblasti spotřeby elektřiny i tepla. Ať už se jedná o možnosti velice úsporných budov a provozů nebo využití chytrých sítí. Ty umožňují velice přesné sledování momentální spotřeby u jednotlivých i drobných spotřebitelů a rychlou regulaci, jak už se to začíná uplatňovat nyní například i firmou ČEZ. V budoucnu poskytne i možnost regulace na úrovni každého jednotlivého spotřebiče a zdroje. To však potřebuje, a nejlépe s předstihem, připravit i právní prostředí, neboť se jedná o vypínání a zapínání zařízení soukromých vlastníků z centrály sítě. Je třeba si však uvědomit, že na základě zkušeností z vývoje v minulých desetiletích i při velkých úsporách spotřeba elektřiny jen velice těžko bude klesat. Pokud se podaří v příštích desetiletích postupný přechod na elektřinu v osobní dopravě, tak naopak určitě významně stoupne.

Velmi důležité je v současné době i do budoucna radikální posílení rozvodné sítě. V Německu po odstavení sedmi jaderných bloků pracuje síť hlavně v severojižním směru blízko hranicím možností. A problémy s výkyvy výkonu větrných elektráren na severu Německa se přelévají i k nám. Pokud bychom dokázali využívat části velkého přebytku fluktuující elektřiny z obnovitelných zdrojů v Evropě, mohli nabídnout nedostatkovou elektřinu ze stabilních zdrojů a zároveň měli i síť, která zvládá její přepravu, mohlo by to pro nás přinášet dosti značné ekonomické výhody. Podobné výhody by přinášela výroba, která by reagovala na fluktuující zdroje elektřiny a dokázala by využít špičky v produkci elektřiny.

Česká republika je relativně malá, proto je pro ní důležitá spolupráce se sousedy. Intenzivně se propojují elektrické sítě se Slovenskem a Maďarskem. Slovensko značně posílí své možnosti ve výrobě elektrické energie dostavbou dvojice nových bloků v Jaderné elektrárně Mochovce. Ve spolupráci s českou firmou ČEZ plánuje výstavbu nového bloku i v Jaslovských Bohunicích. Spolupráce probíhá v těchto třech státech i v řadě dalších energetických oblastech. Intenzivní propojení elektrické soustavy umožní koordinací odstávek velkých zdrojů a dalšími opatřeními významně zefektivnit její provoz. Pochopitelně je důležitá intenzivní spolupráce i s dalšími sousedy, tedy Polskem, Rakouskem a Německem. Stále důležitější bude postupně i její celoevropský kontext.

Dalším důležitým prvkem energetické politiky České republiky musí být intenzivní podpora vědeckého výzkumu v příslušných oblastech. Široce založená na mezinárodní spolupráci a zaměřená hlavně na efektivitu, bezpečnost a udržitelnost energetiky. Jde například o hledání efektivních způsobů skladování energie, zvyšování efektivity různých obnovitelných zdrojů, rozvoj efektivních a levnějších elektromobilů. Vývoj nových typů bezpečnějších jaderných reaktorů, které zároveň umožní využívat všechny zásoby uranu a snížit objem jaderného odpadu. Důležitý je i rozvoj efektivnějších a ekologičtějších fosilních elektráren i hledání cest přenosu elektřiny na velké vzdálenosti s co nejmenšími ztrátami. Nelze zanedbat ani hledání nových metod úspor energie, třeba právě pomocí velmi efektivní chytré sítě. Ve vzdálenější budoucnosti mohou objevy změnit energetiku i radikálně. Ovšem její vývoj je pozvolnější a cesta od objevu k široce efektivně uplatňované technologii bývá dost dlouhá. Jak už bylo zmíněno, energetika je důležitou podmínkou bezpečného a stabilního rozvoje naší společnosti, proto je důležitý konzervativnější přístup a spíše pozvolnější její vývoj. I z tohoto důvodu by se měla rozvíjet co nejširší paleta zdrojů vhodná pro danou oblast, neboť ve vzdálenějším horizontu může nastat i radikální změna jejich výhodnosti. Zatímco v řádu nejbližších desetiletí lze poměrně rozumně možný vývoj předpovídat, dlouhodobé perspektivy už jsou hodně otevřené.

V Řeži 10. 7. 2011