Česká republika má státní energetickou koncepci, jejíž poslední aktualizace proběhla v roce 2015. Tam je nastolen plán, jak postupně nahradit dosluhující zdroje a realizovat přechod k nízkoemisní energetice. Její základní ideou je postupný přechod k nízkoemisnímu mixu založenému na kombinaci jaderných a obnovitelných zdrojů s postupně se snižujícím podílem fosilních zdrojů, u kterých bude hlavně důraz na omezení zdrojů uhelných.

Bohužel je však nutné konstatovat, že pět let, které od dané aktualizace uplynuly, se ve výstavbě nových zdrojů nerealizovalo téměř nic. Naopak se důraz v Evropské unii na snižování emisí oxidu uhličitého, a hlavně na uzavírání uhelných zdrojů, ještě více zvýraznil. Je tak pravděpodobné, že odstavování uhelných bloků bude ještě rychlejší, než se předpokládalo. Změní se i situace okolo nás, kdy se Německo hlavně v období, kdy není větrno a nesvítí, změní z exportéra elektřiny na importéra.

Navíc se konci své životnosti pomalu blíží bloky jaderné elektrárny Dukovany. Technicky by bylo možné je provozovat šedesát let, tedy zhruba do poloviny čtyřicátých let. Politicky je však patrně reálnější odstavování v polovině let třicátých. V té době už také bude končit i životnost současných fotovoltaických a větrných elektráren. Je tak třeba přistoupit k náhradě velké části současných zdrojů. Zároveň bude třeba je zastoupit i při síťových regulačních službách.

Podíl paliv a technologií na výrobě elektřiny v České republice. Stále dominuje uhlí, největším nízkoemisním zdrojem jsou jaderné elektrárny (zdroj ERU).

Nutnost náhrady regulační role uhelných zdrojů

Doposud mají dominantní roli při regulaci soustavy právě uhelné zdroje. Do značné míry byla na této možnosti postavena naše elektrická síť a její stabilita. Standardně jsou naše uhelné bloky osazeny turbínami s výkonem okolo 200 MW. I jaderné bloky v Dukovanech jsou osazeny každý dvěma turbínami zhruba o tomto výkonu. Uhelné bloky jsou poměrně flexibilní. Pro průběžnou regulaci však musí být v provozu, aby mohly rychle v případě potřeby zvýšit výkon. Ten pochopitelně mohou naopak v případě snížené spotřeby či zvýšené produkce z jiných zdrojů snížit. Je jasné, že provoz na snížený výkon zhoršuje efektivitu a ekonomiku tohoto zdroje. Proto se objevuje tendence využít v případě omezené spotřeby u nás možnost exportu elektřiny z něj. Právě tento efekt využití uhelných zdrojů byl jedním z důvodů vysokého exportu elektřiny z Česka v minulém období.

Zatížení elektrické sítě v České republice v zimních měsících (přelom roku 2019 a 2020). Je vidět, že je třeba pokrýt i přes 10,5 GW výkonu. Naše síť by tak měla počítat s kapacitou nejméně 11 GW. (Zdroj oenergetice, Energostat).

Regulovat paroplynovými bloky?

Plynové zdroje mohou v regulaci uhelné nahradit, ovšem v tomto případě se nejedná o zdroje nízkoemisní. Plyn má sice oproti uhelným zdrojům emise skleníkových plynů podle kvality uhlí poloviční až třetinový. Pokud však započítáme emise při těžbě a dopravě, je rozdíl oproti uhlí daleko menší. Pokud tak bude tlak na snižování emisí větší a cena emisních povolenek poroste, stanou se tak plynové zdroje nežádoucí. V každém případě je jejich využití v elektroenergetice neslučitelné s cílem dosažení uhlíkové neutrality, které chce Evropská unie dosáhnout do roku 2050. Realizace větších paroplynových bloků je sice kratší, než je tomu u jaderných zdrojů, přesto však příprava konkrétního projektu a následná výstavba zabere pět i více let. Naopak, požadavky na rychlejší přechod k uhlíkové neutralitě může vést k tomu, že bude požadováno dřívější odstavení paroplynových bloků a ceny emisních povolenek nebo jiná ekonomická opatření nastavena v tomto směru.

Případný investor se tak může dostat do situace jako Vattenfall, který v roce 2015 spustil nejmodernější a velice nákladnou uhelnou elektrárnu Moorburg a nyní je v situaci, kdy se po pouhých pěti letech provozu hlásí do aukce na kompenzované rychlé odstavení této elektrárny. Tato elektrárna byla postavena pro to, aby zajistila zálohu větrným zdrojům na severu Německa a regulaci výkyvu v síti vlivem stále většího podílu fluktuujících obnovitelných zdrojů. Odstavované uhelné zdroje v Německu nahrazují znovu spuštěné i úplně nové zdroje plynové. Kdy se dostanou pod tlak na odstavení tyto, je otevřená otázka, ale jisté je, že to bude relativně brzo.

Že využití plynových zdrojů jako náhrady uhelných či dokonce jaderných není cestou za nízkoemisní energetikou ukazuje srovnání produkce skleníkových plynů v ekvivalentech CO2 během životního cyklu normovaná na jednotku vyrobené elektřiny. U fluktuujících zdrojů je třeba započítat i CO2 spojené s jejich zálohováním a regulací. Pokud k tomu použijeme fosilní zdroje a ne jaderné, tak může být jejich uhlíková stopa docela velká (viz šedá část nad nimi).

Zapojení nízkoemisních zdrojů do regulace

Další možností je zapojit do regulace nízkoemisní zdroje. Jaderné zdroje mohou v principu pracovat jako zmíněné velké paroplynové zdroje. Už současné bloky se dokáží na regulaci podílet a ty nové jsou už na takové možnosti přímo projektovány. Intenzivně využívá regulaci jaderných bloků Francie. V oblasti jejich regulace v řádu desítek až stovky MWe je situace podobná uhelným či paroplynových bloků. Jádro je v této oblasti podobně flexibilní. Horší je to při přechodu k nízkým výkonům či dokonce vypnutí a opětné spuštění. Už nyní se jaderné bloky do zálohování a regulace zapojují a v budoucnu, kdy by měl jejich podíl na energetickém mixu růst, se bude jejich úloha v této oblasti zvyšovat.

Velmi efektivní podporu regulace mohou dát zdroje vodní. Jednou z možností je regulace průtoku vody z přehrad. Tam je však třeba připomenout, že možnosti jejího využití jsou silně závislé na momentálním stavu vodních zdrojů a také tím, že je třeba zajistit dostatečný průtok vody v řece pod přehradou a další vodohospodářské a ekologické funkce přehrady. Ještě efektivněji mohou k regulaci přispět přečerpávací elektrárny. Ty jsou jedním z nejlepších zařízení pro akumulaci energie. Bohužel jsou však možnosti vodních zdrojů u nás omezené geografickými podmínkami a z velké části už vyčerpané. V současné době se nejvíce mluví o možnostech nově napuštěných jezer vznikajících při rekultivaci krajiny po těžbě uhlí.

Existují sice místa vhodná pro vznik přečerpávacích elektráren, ale většinou je to v ekologicky velmi cenných horských partiích. Je možné využít i propojení některých existujících přehrad s nově vybudovanými k realizaci tohoto typu akumulačních zdrojů. Problémem je však značný odpor proti výstavbě jakékoliv vodní nádrže a obav z jejich environmentálních dopadů. Velmi náročné by tak bylo i získání potřebných povolení pro výstavbu těchto zdrojů. Časově si tak jejich případná realizace nijak nezadá s jadernými elektrárnami, které mají místa výstavby vybrána a proběhlo u nich i environmentální posouzení. Odpor proti stavbě přehrad je u nás v možných lokalitách daleko větší, než je tomu u jaderných reaktorů v lokalitě Temelína a Dukovan. Je tak otázka, zda a kdy by se podařilo nové hydroelektrárny realizovat.

V každém případě by bylo vhodné dané lokality z tohoto pohledu chránit a připravit potřebné studie jejich potenciální realizace a environmentálních dopadů. Vhodné by bylo, kdyby se vědělo, které konkrétní zdroje u nás doplňují. Realizace by pak byla případně možná při získání odpovídající podpory společnosti, nalezení přesného místa v našem energetickém mixu a navržení vhodného finančního modelu. V každém případě jsou však možnosti limitované. Je třeba korigovat některé představy o tom, jak velké kapacity lze v této oblasti realizovat. Možnosti oscilací výšky hladiny jsou v případě nádrže, která má i jiné funkce, než jsou energetické, a není vybudovaná čistě pro tyto účely, jako je tomu třeba u horní nádrže Dlouhých strání, velmi omezené.

K akumulaci lze použít i baterie. Zatím však je jejich kapacita i cena na takové úrovni, že neumožňují ani vyrovnávání denního cyklu. Velice dobře se však uplatňují při rychlé regulaci, jak je vidět třeba i na příkladu známé a ve své době největší baterie, kterou pro Austrálii dodal Elon Musk. Ta má výkon 100 MW a kapacitu 124 MWh. Dokáže tak regulovat v řádu desítek MW výkyvy v řádu minut a hodin. Jejich parametry i cena se jistě budou zlepšovat. Zvláště v kooperaci s větrnými a fotovoltaickými zdroji se budou uplatňovat stále více. Bylo by velmi vhodné je do regulace zapojit i u nás.

Spotřeba elektřiny podle odvětví (zdroj ERU).

Je také jasné, že se do regulace a zálohování musí zapojit i zdroje větrné a fotovoltaické. U obou je pochopitelně poměrně jednoduché je v době velkého přebytku v případě nutnosti vypnout. Znamená to však, že v případě ideálních podmínek budeme část elektřiny ztrácet. Proto je důležité zvážit vhodné zapojení těchto zdrojů do energetického mixu a co nejvíce rozšířit jejich dobu produkce i na úkor hodnoty výkonu v píku. Toho dosáhneme třeba tím, když část panelů fotovoltaické elektrárny nenamíříme na jih, ale na východ a na západ a zvolíme i jiný úhel vhodný pro daný směr. Celá elektrárna tak bude mít sice nižší výkon v maximu, než by mít mohla, ale zato bude dodávat více během rána a v podvečer. Daleko vhodnější tak bude její usazení v denním diagramu.

Další možností je kombinace intermitentních zdrojů s jinými nebo nějakým zdrojem akumulace či spotřeby v době, kdy jsou přebytky. Může jít o soustavu fotovoltaiky s baterií nebo jiným druhem akumulace, případně bioplynovým nebo plynovým zdrojem. Inteligentně reagujícím zařízením využívajícím přebytky elektřinu může být dobře známé vytápění nebo třeba nabíjecí zařízení pro elektromobily. Pokud dokáže takový systém vystupovat jako funkční celek, který zaručuje stabilní poskytovaný výkon nebo regulační služby, bude daleko méně zatěžovat síť a může dokonce efektivně pomáhat právě při udržování stability soustavy. Další výhodou je, že takové sestavy mohou umožnit zachování udržitelnosti a krizové dodávky elektřiny v případě katastrof a úplného výpadku sítě. Právě takové systémy by finanční modely pro budování nových obnovitelných zdrojů měly dominantně podporovat.

Určitě by případné dotace měly být podmíněny kvalitou zařízení, jeho životností i schopností reagovat na potřeby regulace. Určitě bychom měly zabránit nákupu nekvalitních čistých panelů jen proto, že jsou laciné. To pak vede k tomu, že efektivita klesá rychleji a části zařízení brzy odejdou. Takové zkušenosti se získaly s některými fotovoltaickými elektrárnami, které se narychlo a co nejlevněji postavily v letech 2008 až 2009.

Velice důležitým úkolem je posilování flexibility soustavy efektivním využitím současných možností, kterou je třeba systém HDO, i zaváděním nových využívajících potenciál chytrých sítí. Propojení centralizovaných nástrojů regulace sítě a nově vytvářených decentrálních by mohlo pomocí při vytvoření nového efektivního, udržitelného a chytrého i robustního energetického systému.

Jeden ze scénářů výroby elektřiny v současné aktualizaci státní energetické koncepce z roku 2015. Jinak tato aktualizace, na jejímž rámci a uvedení jsem se mohl v rámci Druhé Pačesovy komise mohl účastnit, předpokládá pro jednotlivé zdroje širší rozmezí, které umožní využít technologické změny, ke kterým v budoucnu dojde (zdroj ASEK 2015).

Využití importu elektřiny

Pochopitelně lze v případě potřeby využít možnosti importu, pokud jsou u sousedů k dispozici volné kapacity. V takovém případě je nejlépe, když mají sousedé rozdílné energetické mixy a produkují přebytek energie v jiných povětrnostních podmínkách než my. U všech našich sousedů se předpokládá budování dalších a dalších větrných a fotovoltaických zdrojů a odstavování zdrojů fosilních. Hlavně v Německu už se instalovaný výkon větrných turbín blíží potřebnému výkonu, stejně je tomu i u fotovoltaických elektráren. A plány jsou tyto hodnoty znásobit. Už teď má Německo ve větrných a slunečných dnech přebytky, které potřebuje exportovat ke svým sousedům. Ty snižují cenu silové elektřiny na energetické burze v dané době dokonce až do záporných hodnot. Pro nás to může být na jedné straně výhoda. Můžeme totiž v té době kupovat lacinou elektřinu z Německa, kterou zaplatí německý spotřebitel v poplatcích za dotace zelených zdrojů. Znamená to však obrovský problém pro rozšíření hlavně větrných zdrojů, ale i těch fotovoltaických, u nás. Většinou je u nás stejné počasí jako v Německu. Naše větrné turbíny mohou těžko ekonomicky soupeřit s turbínami na pobřeží v severním Německu. I tak je však velmi důležité rozvíjet možnosti přenosu elektřiny mezi sousedními soustavami a využít vzájemně efektivitu propojení a vzájemně prospěšnou výpomoc a spolupráci. Bez rozdělení zálohování do větší sítě by například bloky 1000 MW byly pro naši soustavu příliš velké. Německu pak naopak vypomáháme s přenosem jeho elektřiny ze severu na jih. Je tak rozumné rozvíjet propustnost přeshraničních propojení.

Na druhé straně odstaví Německo své jaderné bloky do roku 2022 a s Německem i další sousedé plánují v nejbližší době odstavit všechny uhelné bloky. Chtějí také omezit emise oxidu uhličitého, což ovšem znamená, že těžko budou budovat plynové zdroje pro export do svého okolí. Německo i další naši sousedé tak plánují v době, kdy nefouká a nesvítí spoléhat na import elektřiny. Kdo ovšem zdroje pro nás a naše sousedy v té době zajistí však už nikdo neřeší. Jak takové neřešení může skončit, naznačují následující příklady.

Dánsko spoléhá hlavně na větrné turbíny na pevnině i na moři (zdroj Wiki Commons).

Varování v podobě současné situace v Dánsku a Kalifornii

Příkladem států, které jsou v čele budování obnovitelných zdrojů, zavírání uhelných a odmítání některých nízkoemisních (jaderných) jsou v Evropské unii Dánsko a v USA Kalifornie. Zároveň jsou názornou ukázkou, k jakým problémům taková energetická koncepce vede. Je však třeba nejdříve zdůraznit, že Dánsko má neskonale lepší podmínky než Česko pro budování větrných zdrojů. V Kalifornii jsou pak excelentní podmínky hlavně pro solární zdroje, ale velmi dobré jsou i pro zdroje větrné. Navíc má Kalifornie rozsáhlé pouštní oblasti s těmito podmínkami.

Dánsko má velmi výhodné podmínky pro využití větrných zdrojů. Je to poloostrov a ideální místo pro budování pobřežních nebo mořských větrných turbín. Postavilo jich tak velký počet. Jejich celkový výkon velmi významně přesahuje potřeby Dánska. Hlavní problém ovšem nastává s pokrytím spotřeby v době, kdy nefouká. Pro tuto dobu má Dánsko hlavně zdroje spalující plyn nebo biomasu, kterou dováží i ze zámoří. Instalované zdroje tohoto typu však nedokáží pokrýt potřeby Dánska. V Dánsku se tak střídají období, kdy potřebuje velmi vysoký výkon exportovat ke svým sousedům a jiná, kdy naopak potřebuje velké množství elektřiny od svých sousedů dovézt. I když má Dánsko ve větru instalováno velký celkový výkon, stejně nakonec zůstává čistým importérem elektřiny. Dánsko je tak velice silně závislé na svých sousedech. V roce 2016 byl při spotřebě 33,3 TWh celkový dánský import elektřiny 15 TWh (což je 45 % spotřeby), čistý import pak byl 5,0 TWh (což je 15 % potřeby). Pokud by všechny okolní státy přešly na podobný energetický mix, jako má nyní Dánsko, celý systém by přestal fungovat a elektrická síť by zkolabovala.

Stejně tak má sice Kalifornie velké přebytky v době, kdy intenzivně svítí slunce, ale spoléhá na import v době, kdy nesvítí a nefouká. To však funguje stále hůře, protože i okolní státy jsou stále více tlačeny ke stejnému energetickému mixu. Navíc je počasí, a tím i potenciál solárních a větrných zdrojů, podobný v celém regionu. Kalifornie se dominantně spoléhá na solární zdroje, má tak velmi vysoký podíl fotovoltaických zdrojů. To vytváří tzv. kachní křivku denního diagramu. Ta je způsobena tím, že během poledního maxima výšky slunce nad obzorem dostanete velmi vysokou produkci elektřiny. Ta může i překračovat potřeby. Naopak v podvečer, kdy slunce klesne k obzoru, přestanou solární zdroje dodávat a začnou až druhý den ráno. Zároveň je potřeba svítit a aktivity vedou k tomu, že spotřeba zůstává vysoká. V podvečer tak naopak musíme mít dostatečný rezervní výkon jiných zdrojů než solárních.

V Kalifornii s velmi teplým podnebím se intenzivně využívá klimatizace, která tak reprezentuje i velkou spotřebu. Její potřeba je pochopitelně silně závislá na záření slunce a největší v době jeho vysoké výšky nad obzorem. Solární elektrárny tak jsou při odpovídající velikosti jejich instalovaného výkonu velice užitečný prostředek k pokrytí denní špičky spotřeby. Pokles teplot však není tak rychlý, jako je pokles výšky slunce, a produkce elektřiny ze solárních elektráren. Navíc je účinnost fotovoltaických elektráren nepřímo úměrná teplotě. I to přispívá, spolu s nutností svítit a nárůstem aktivit k večeru, ke vzniku večerní špičky potřeby výkonu z jiných než solárních zdrojů a vytvoření krku labutě v grafu. S nedostatkem elektřiny se Kalifornie potýká už od začátku století, zatím však vždy vypomohly okolní státy. I ty však vlivem zelené ideologizace energetiky přecházejí k podobnému energetickému mixu. V samotné Kalifornii pak nepoměr mezi obdobím přebytku a nedostatku elektřiny stále narůstá. Letos v létě navíc nastalo extrémně horké letní období, kdy požadavky na klimatizaci velmi narostly. Ani okolní státy tak neměly v době, kdy nesvítilo a nefoukalo, přebytek zdrojů. Nebylo tak možné elektřinu do Kalifornie importovat. Místní energetické firmy tak musely omezovat dodávky a dokonce přistoupily ke střídavému postupnému odpojování různých oblastí a spotřebitelů.

Kalifornie již dlouho bojuje s tzv. kachní křivkou, kterou vytváří vysoký podíl fotovoltaických zdrojů. Jde o denní diagram potřeby výkonu, které musí dodat jiné zdroje než solární. Zajímavé je že první vyvrcholení problémů se již zpočátku kladlo zhruba na rok 2020, což se nakonec vyplnilo (zdroj CAIRO).

Kdy zavírat uhelné zdroje a jak je do té doby využívat?

Za dvacet let je v naší zemi jistá jediná nízkoemisní komponenta mixu, kterou jsou dva bloky jaderné elektrárny Temelín. Pokud by v devadesátých letech a na počátku století byly úspěšní Zelení, tehdy v čele s Martinem Bursíkem, Greenpeace, tehdy v čele s Jakubem Patočkou, Hnutí Duha a další zelené aktivistické organizace, tak by tyto bloky nestály. Už nyní by také byly odstaveny Dukovany. Za co nejrannější odstavení těchto starších jaderných bloků tyto organizace spolu s rakouskými partnery intenzivně bojovaly. A pořád se místo snahy o náhradu fosilních zdrojů nízkoemisními dominantně věnují boji proti jaderné energetice. Bez ní je ale v našich geografických podmínkách vybudování nízkoemisní energetiky nemožné. Tyto organizace ovšem nepřispěly ani k rychlejšímu zavedení decentralizovaných obnovitelných zdrojů. Prosazovaly, a do značné míry stále prosazují, nereálné představy téměř okamžité úplné náhrady jaderné a uhelné výroby elektřiny fotovoltaikou, větrem a biomasou. Připomeňme jejich představy hlásané spolu s rakouskými kolegy během boje za zastavení výstavby Temelína, že se místo něj má na daném pozemku postavit fotovoltaická elektrárna, která jej nahradí.

V Česku se dominantní část politického spektra shoduje na tom, že je třeba náš přechod k nízkoemisním zdrojům postavit na mixu z jaderných a obnovitelných zdrojů. Česká republika má již zmíněnou energetickou koncepci přechodu v tomto směru. K tomu, aby se realizovala však je potřeba navrhnout finanční modely a přístup k realizaci, které by ji v silně deformovaném prostředí evropského energetického trhu umožnily naplnit. Pochopitelně, že je možná řada různých variant. Žádná z nich není ideální, každá má svá negativa a pozitiva a při jejich výběru je potřeba dosáhnout určitého kompromisu. Problémem je, že dominantní část politické scény se nezaměřuje na řešení reálných problémů energetiky, ale její prioritou je politický boj o získání moci. Jsou tak ochotní za každou cenu hodit vidle do libovolného řešení, které se snaží realizovat politický oponent. Zároveň je pro ně výhodné nic nedělat a slíbit v rámci kampaně nepříliš určitě co největšímu počtu voličů splnění třeba i protichůdných přání, bez ohledu, jak jsou realistická. Příkladem může být současné předvolební vyjádření strany TOP09 k energetice. Tam se na jedné straně tvrdí, že jsou pro rozvoj jádra. Na druhé zároveň v něm klíčová osobnost této strany Luděk Niedermayer tvrdí, že rozvoj jádra není potřeba.

Kombinace popsané vysoké aktivity zelených aktivistů proti státní energetické koncepci a spíše minimální snaha politiků o její realizaci přivodila situaci, kdy se pro výstavbu nízkoemisních zdrojů, jaderných i obnovitelných, a zajištění prvků umožňujících inteligentní regulaci sítě neudělalo téměř nic. A odhad termínu, kdy budou náhrady uhelných zdrojů, je velmi nejistý.

Spolehlivé a cenově přijatelné dodávky jsou klíčové pro životní úroveň i konkurenceschopnost české společnosti. Zdědili jsme poměrně velmi robustní a dobře fungující soustavu a měli tak velmi dobrý prostor pro přípravu a realizaci přechodu k nízkoemisnímu mixu. Tak jak byl naplánován ve státní energetické koncepci a jejich aktualizacích. Ze zmíněných důvodů jsme však bohužel tuto příležitost nevyužili. Zavírání zdrojů, které by vedlo ke ztrátě schopnosti zajistit potřebný výkon a regulaci po celý rok i v horších povětrnostních a jiných podmínkách, není přijatelné. Důležitost zajištění dostatku energie pro další vývoj naší společnosti si uvědomují i zakladatelé Institutu Equilibrium, takže druhou svoji konferenci, kteá se bude konat 30. září 2020, věnovali právě tomuto problému.

Energetické využití krajiny by nemělo jít na úkor ekologické produkci potravin a environmentální funkci krajiny. Tlak ekologických aktivistů na intenzivní využití biomasy v energetice by mohl být pro krajinu zničující. Krásná přírodní krajina po staletí spojená i s člověkem na Šumavě. (Foto z okolí Kvildy Vladimír Wagner).

Zavírání a likvidace uhelných bloků by tak měly postupovat se stejnou rychlostí, jakou budou uváděny do provozu náhradní nízkoemisní, případně jiné fosilní (plynové), zdroje. Je to důležité hlavně v této době, kdy je jisté, že v této oblasti okolo nás žádné přebytky v době, kdy nesvítí a nefouká, nebudou.

Velmi důležité ovšem je, aby se tyto elektrárny využívaly jako kapacitní záloha a podílely se na regulaci naší energetické sítě. Tedy nebyly určeny pro produkci elektřiny v době, kdy ji u nás mohou dodat nízkoemisní zdroje nebo se dá dovést z nízkoemisních zdrojů odjinud. Opravdu by neměly být zdroje, které využívají naše uhlí s dopady těžby u nás a emitují CO2, které se započítává nám, využívány k řešení problémů s nedostatkem zdrojů za našimi hranicemi.

Budou tak provozovány v omezené míře, ale budou plnit velmi důležitou roli pro naši elektrickou soustavu. Proto je třeba, aby se našel vhodný finanční model, který zajistí ekonomii jejich omezeného provozu pro jejich vlastníka. Často se ozývají názory, že přece nelze omezovat výrobu zdroje a prodej elektřiny z něj komukoliv do zahraničí. V tomto případě jde ovšem o specifickou věc. Pokud chceme snížit emise a co nejrychleji omezit produkci uhelné elektřiny a zároveň neohrozit elektrickou soustavu, musíme sice povolit provoz těchto zdrojů déle, ale pouze z bezpečnostních důvodu pro zajištění kapacitní dostatečnosti. Bylo by dokonce vhodné, aby byl v takovém režimu povolován i provoz budoucích větších plynových zdrojů. Bylo by absurdní, kdybychom během snahy o uhlíkovou neutralitu a nízké emise nahrazovali elektřinou vyrobenou spalováním ruského plynu dovezeného přes Německo a za zvyšování emisí německý nedostatek zdrojů elektřiny.

Zobrazení emisí oxidu uhličitého na jednotku vyrobené elektřiny pro dané evropské státy v roce 2018. Každý bod reprezentuje jednu hodinu v místě daném množstvím elektřiny dodaným v dané hodině (osa x) a emisí CO2 na jednotku vyrobené elektřiny (osa y). Je vidět, že v nejpříznivějších hodinách pro obnovitelné zdroje v Německu jsou zde emise na jednotku vyrobené elektřiny násobkem emisí ve Francii v jejich nejhorších hodinách. Stejně tak má nízké emise Švédsko.

Jak může vypadat nízkoemisní mix?

Jak je vidět z předchozího rozboru, pro zajištění spolehlivých a udržitelných dodávek elektřiny je nutné splnit dvě klíčové podmínky. První je zajištění celkové roční potřeby elektřiny a zdrojů, které je zajistí. Druhou, neméně důležitou, je zajištění souladu mezi dodávkami a spotřebou v každém okamžiku. Ve čtyřicátých letech budou ze současných nízkoemisních zdrojů v provozu pouze vodní elektrárny a jaderné bloky elektrárny Temelín. Pokud se podaří proti tlaku Rakouska a Německa prosadit šedesátileté využívání Dukovan, budou se v té době odstavovat. Pokud tedy chceme realizovat cestu k nízkoemisní energetice, nemáme pro náhradu nejen těch, které se zavřou, ale i výstavbu nových, které zastoupí uhelné bloky, moc času.

Vývoj instalovaného výkonu větrných elektráren v České republice (oranžová – výkon do 1 MW, zelená – výkon 1 – 2 MW a fialová – výkon nad 2 MW) (zdroj ERU).

Zkušenosti z výstavby větrných turbín u nás a v podobných geografických podmínkách, například Bavorsku, ukazují, že délka přípravy bývá vzhledem k odporu obyvatelstva a době potřebné k získání potřebných povolení dost dlouhá. Ukazuje to i vývoj v České republice. Je pochopitelně možné jednotlivou turbínu nebo jejich skupina za vhodné konfigurace okolností postavit poměrně rychle za pár let. Ovšem představa, že se dá ekvivalent výkonu pro výrobu v množství odpovídajícím reaktoru v Temelínu, rychleji, než vybudování nového jaderného bloku je mimo realitu. Zvláště v Česku, kde jsou pro nové jaderné bloky vybraná místa, proběhlo posouzení environmentálních dopadů a řada potřebných posouzení už se také realizovala. Navíc má výstavba nových bloků v těchto místech poměrně širokou podporu místních obyvatel. Naopak projekty nových větrných turbín budou muset nejprve všechna povolení i podporu obyvatelstva získat.

V Německu je opravdu extrémní tlak na budování větrných zdrojů. Bavorsko má instalováno zhruba 2,5 GW. Nelze příliš očekávat, i s přihlédnutím dosavadního vývoje, že bychom dokázali u nás instalovat více. Roční koeficient využití větrných turbín je u nás mezi 20 až 25 %. Výroba z větru by tak mohla ve čtyřicátých letech být okolo 5,5 TWh.

Vývoj zatížení elektrické soustavy v České republice v letních měsících, v maximu přesahuje 8,5 GW (zdroj oenergetice, Energostat).

Pokud jde o fotovoltaické zdroje začnou nám po instalaci překračující maximální letní potřebu v poledním čase dramaticky růst nároky na regulaci nebo akumulaci. Tato potřeba je necelých 9 GWp a jí odpovídající dodávky jsou v našich geografických podmínkách, kde je roční využití instalovaného výkonu zhruba 11 %, to znamená zhruba 8,7 TWh. Tato hodnota se popsaným rozvojem akumulace, zmíněným rozložením denní produkce rozrůzněním směru panelů a zapojením chytré sítě na decentrální úrovni může zlepšit, ale není to dramatické. Vidíme to i u Německa, kde už je instalovaný výkon blízky potřebě v letní špičce. Fotovoltaika tam zatím dodává pouze okolo 9 % elektřiny. Optimální je, když instalovaný fotovoltaický výkon vykrývá denní letní špičky. Denní fluktuace jsou v té době mezi necelými 5 GW až něco přes 8 GW. Tedy výkon mezi třemi až čtyřmi GW. S přibývajícími možnostmi akumulace a dalšími způsoby kompenzace přebytků výkonu se optimální hodnota instalovaného výkonu fotovoltaiky zvyšuje. To, že v principu lze v relativně rozumném čase tyto výkony postavit, ukazuje i příklad Bavorska, které mělo v roce 2017 instalován ve fotovoltaice výkon 11 GW. Ukazuje na to i rychlá instalace 2 GW na konci minulého desetiletí u nás.

Vývoj instalovaného výkonu fotovoltaických zdrojů v České republice (tmavě modrá – výkon do 10 kW, červená – výkon 10 – 30 kW, zelená – výkon 30 – 100 kW, fialová – výkon 100 kW – 1 MW, světle modrá – výkon 1 – 5 MW, oranžová – výkon nad 5 MW) (zdroj ERU).

Připomeňme, že roční spotřeba v roce 2018 byla 73,9 TWh. Pokud zůstane celková produkce zhruba stejná, dodá nám fotovoltaika zhruba 12 % a větrné turbíny 7,5 %. Hydroelektrárny dodají zhruba stejně jako nyní, což je něco málo přes 2 TWh. Realisticky tak tyto zdroje zhruba 13,2 TWh což je 18 % našich potřeb. Je velmi nepravděpodobné, že by se podmínky pro akumulaci změnily v následujících desetiletích tak dramaticky, že by se dalo těchto zdrojů využívat v dramatičtěji vyšší míře.

Jaderná elektrárna Temelín je schopná ročně dodat okolo 16 TWh, to reprezentuje téměř 22 % spotřeby. Bez dalších jaderných bloků tak nízkoemisní zdroje pokryjí téměř 40 % potřeby. Tedy méně než polovinu. Pokud chceme nízkoemisní mix, tak zbývající část musí dodat nové jaderné zdroje. Pokud se vybudují bloky s výkonem zhruba 1,2 GW, tak každý dodá ročně zhruba 9 TWh. Čtyři bloky, o kterých se uvažuje, tedy dva v Dukovanech a dva v Temelíně, by mohly teoreticky dodat dominantní část těch zbývajících 40 TWh. Bez nich bude nutné využívat zdroje fosilní. Jak je vidět z obrázku produkce emisí na jednotku energie produkované jednotlivými zdroji nejsou plynové vůči uhelným žádnou výhrou.

Naplnění celkové roční potřeby elektřiny však ještě neznamená, že máme vyhráno. Je třeba naplnit i druhou podmínku, která se týká nutnosti zajistit v každém okamžiku dostatečný výkon k naplnění potřeby. I proto je nutné budovat spolupracující mix s intenzivním zapojením nízkoemisních zdrojů do regulace.

Měli bychom si dát pozor, abychom kvůli fanatickému boji za snížení emisí CO2 své životní prostředí nezničili. K takovým koncům by mohly vést některé scénáře prosazované právě zelenými aktivisty. Krásná krajina na Šumavě. (Foto Vladimír Wagner).

Závěr

Pochopitelně existují hlavně mezi zelenými aktivistickými organizacemi představy, že je možné postavit českou elektroenergetiku dominantně na fotovoltaických a větrných zdrojích bez výstavby nových jaderných bloků. Jako příklad může sloužit nedávná studie vypracovaná německými organizacemi propagujícími Energiewende a jejich scénář pro Českou republiku. Ovšem představa v jejich scénářích bez uhlí počítá v roce 2040 s 20 GW fotovoltaiky a 8 GW větrných turbín, což je hodně mimo realitu. Odkazuje se sice možný principiální technický potenciál fotovoltaiky je 223 GW a větru 76 GW. Ovšem ten nepočítá s osídlením krajiny lidmi a jejími dalšími funkcemi. A už vůbec ne s reálnou možností výstavby. Ještě bych připomenul, že zmíněné scénáře počítají s Dukovany v provozu (ty však, pokud už nebudou zavřeny, se budou k odstavení chystat) a významným podílem plynu, tedy i emisí CO2.

I na tom, jak se nám podaří vypořádat s přechodem na nízkoemisní energetiku závisí, jestli krajina v okolí Modravy zůstane stále tak krásná (foto Vladimír Wagner).

Je vidět, že není shoda na potenciální možnosti jednotlivých zdrojů a možné rychlosti jejich zavádění. Ze zmíněných důvodů už velmi dlouho budování nových nízkoemisních zdrojů stagnuje. Instalovaný výkon fotovoltaiky po rychlém nárůstu na 2 GWp už deset let stagnuje nebo dokonce klesá. Výstavba nových větrných zdrojů už u nás v podstatě stagnuje řadu let a teprve nedávno překonal instalovaný výkon hodnotu 300 MW. Jaderné bloky mají nyní dohromady výkon 4,2 GW. Připomeňme, že v roce 2011 bylo dokončeno vylepšování Dukovan a jejich výkon vzrostl zhruba o 280 MWe. Vylepšení Temelína přidalo dalších 164 MWe. To je dohromady 444 MWe, což je více, než je celkový výkon větrných elektráren.

Pokud chceme vybudovat do poloviny století v Česku nízkoemisní energetiku, musíme ! společně ! vybudovat nejméně 4 GWp, a nejlépe 9 GWp ve fotovoltaice (v tom je započtena i náhrada současných 2 GWp), zhruba 3 GW ve větru a nejméně dva jaderné bloky, ještě lépe však čtyři. Fotovoltaické zdroje by měly být hlavně v decentralizované podobě, na budovách či průmyslových areálech a v kombinaci s inteligentní akumulací, spotřebou, případně doplněna malými flexibilními plynovými zdroji. V našich předpokladech neuvažujeme růst spotřeby elektřiny, který přinese elektromobilita a elektrifikace dalších oblastí. Proto zde bude i velká potřeba úspor a prostoru pro ně. Stejně tak je určitě dostatek místa pro využití spalování odpadu a biomasy, hlavně té odpadní. Ovšem zde by měly mít u odpadu prioritu recyklace, u biomasy pak výroba potravin a ekologická funkce krajiny.

Pro každou oblast samostatně je to obrovská výzva. Když vezmeme v úvahu dosavadní vývoj hlavně u nás, tak to vypadá téměř nedosažitelně. Proto by se každý obor měl snažit místo boje proti jiným zdrojům soustředit na to, aby ukázal, že dokáže efektivně budovat zdroje své a vytvořit svou část nízkoemisního mixu. Je nutné najít vhodný finanční model pro každou oblast a odstranit překážky v realizaci konkrétních zdrojů a jejich efektivního zapojení do společně fungujícího mixu. O tom, jak by takové prokázání schopností v jednotlivých oblastech mělo vypadat, jsem nedávno podrobně popsal. Schopnosti by se měly ukázat na prvních megawattech efektivních kombinací decentralizovaných fotovoltaických a větrných zdrojů s akumulaci a inteligentní spotřebou a prvním jaderném bloku v Dukovanech. Poslední vývoj v zavádění reaktorů III. generace ukazuje, že bude dostatek zkušeností při výběru konkrétního modelu.

Na základě zkušeností z těchto akcí by se pak mělo napřít všechno úsilí k postupnému a bezpečnému přechodu k nízkoemisnímu mixu. Při něm se neobejdeme i bez efektivního využití plynových i uhelných zdrojů, které musí zajistit dostatek elektřiny, a hlavně regulační schopnosti soustavy do doby, než se je podaří nahradit zdroji nízkoemisními. Musíme mít na paměti, že potřebujeme efektivní spolupracující mix, a ne maximalizaci podílu nějakého konkrétního zdroje. Pokud se nám nepodaří nalézt shodu a nezačneme konečně reálně na přechodu k nízkoemisnímu mixu pracovat, můžou nastat nejen v energetice hodně velké problémy. Společnost a její ekonomická konkurenceschopnost, a nejen tím i životní úroveň, je na spolehlivé a levné dodávce elektřiny životně závislá.

Psáno pro servery Osel, Oenergetice a Ekolist.