Fosilní zdroje postupně dojdou, takže je potřeba v každém případě za ně hledat náhradu. I když se v posledních letech intenzivní prospekce a hlavně pokročilých způsoby těžby stále více ukazuje, že se jejich zásoby budou ztenčovat mnohem pomaleji a mohly by vydržet i řadu staletí. Ovšem spalování fosilních paliv, zvláště uhlí a ropy produkují emise škodlivin, která dusí města a mají významné zdravotní dopady. Dalším potenciálním rizikem jsou emise oxidu uhličitého. Ty by mohly mít dopady na vývoj klimatu a ovlivňovat tak životní podmínky v různých oblastech.
Je potřeba dramaticky snížit produkci oxidu uhličitého za každou cenu?
To, že průmyslové emise zvyšují poměrně dramaticky množství oxidu uhličitého v atmosféře, je velice přesně měřeno a spolehlivě prokázáno. Antropogenní původ nárůstu oxidu uhličitého potvrzuje i srovnání poměru radioaktivního a stabilního uhlíku, které umožňuje studovat původ uhlíku a jeho transport v životním prostředí. Poměrně dost toho víme i o vývoji množství oxidu uhličitého v historii, i když pochopitelně s daleko menší přesností. Také růst globální teploty v minulém a tomto století je dobře potvrzen stále se zpřesňujícími měřeními. Podrobněji jsou tato měření analyzována v těchto populárních článcích (zde, zde, zde a zde)
Značně složitější je už však posouzení velikostí přírodních a antropogenních vlivů na klima a jeho budoucího vývoje. Klimatologické modely se neustále zlepšují a zpřesňují díky pokroku při sledování klimatu, lepšího pochopení řady přírodních dějů a různých klimatických cyklů i rychlého nárůstu výpočetních kapacit. Přesto však se v nich vyskytuje řada dosti značných systematických nejistot. Kromě nejpravděpodobnějších scénářů pro různý nárůst obsahu oxidu uhličitého je tak i řada těch, které jsou sice méně pravděpodobné, ale i značně odlišné. Opravdu tak není úplně vyloučeno, že antropogenní emise ve vzdálenějším horizontu přispějí k vyrovnání přírodních cyklů a zabrání příchodu nějaké nové doby ledové. Jestliže však připouštíme s ohledem na nejistoty našeho poznání toto, tak musíme připustit i to, že v rámci nejistot jsou pak i mnohem katastrofičtější scénáře, než jsou ty představované jako nejpravděpodobnější. Při modelování a simulacích je třeba s nejistotami pracovat velmi opatrně.
Je nutné si uvědomit, že právě využití fosilních zdrojů a dostatek energie umožnilo dramatické zvýšení životní úrovně obyvatelstva i možností čelit různým katastrofám a řešit jejich následky. Stejně tak, jako nám daly možnost se přizpůsobit a čelit různým změnám v průběhu počasí. Rozvoj technologií a vědy, který by bez nich jen těžko nastal, ostatně umožňuje i studium a pochopení vývoje klimatu. A také nám dává prostředky pro přechod k využití jiných zdrojů a možnosti čelit případným změnám v různých regionech. Vidíme, že sociální kolapsy způsobené právě i nedostatkem zdrojů energie mají řádově větší dopady než i největší průmyslové havárie. Proto se může ukázat, že méně negativních dopadů bude mít efektivní využití i fosilních zdrojů k nalezení a vybudování opatření, které nám umožní negativním dopadům změn klimatu čelit. Výhodou této varianty je, že tyto prostředky a technologie se nám budou hodit i v případě, že se klima změní z přirozených důvodů. Takže péče o krajinu a posílení její co nejpřirozenější schopnosti hospodařit s vodou, získání odrůd s velmi dobrými užitnými hodnotami a také odolnými vůči, suchu, horku či chladu a škůdcům, i příprava efektivních postupů při řešení následků přírodních katastrof je cesta, kterou bychom určitě měli podpořit. A je to určitě lepší řešení, než návrhy k návratu způsobu života k předprůmyslové éře, které se také objevují. Řádové snížení počtu obyvatel, které by to vyžadovalo, by opravdu nemohlo proběhnout humánním způsobem. Na druhé straně je však jasné, že každé snížení závislosti na fosilních palivech, které nevede k dramatickým rizikům pro stabilitu společnosti, je vítané.
Úspěšné cesty k nízkoemisní elektroenergetice
V současné době se fosilní paliva podílí na celkově energetické potřebě lidstva z více než 80 % a produkci elektřiny zajišťují z více než 65 %. V roce 2015 se produkovalo 16 % elektřiny z vody, 11 % z jádra a jen 7 % z obnovitelných zdrojů jiných než voda (z toho bylo 3 % z větru a 1 % z fotovoltaiky). Nejperspektivnějším směrem přechodu od fosilních paliv v dopravě se zdá být její elektrifikace a jednou z nejekologičtějších možností, která umožňuje odstranění emisí spojených se zajištěním tepelné pohody, je využití elektřiny nebo tepelných čerpadel, která elektřinu potřebují. Pokud se tak podaří vyřešit nízkoemisnost elektroenergetiky, je do značné míry celková cesta k nízkoemisní energetice a společnosti otevřená.
Nízkoemisní elektroenergetiku se podařilo vybudovat jednomu z největších evropských států. Francie dokázala v průběhu zhruba deseti let vybudovat jadernou energetiku, která má nyní 58 reaktorů s celkovým výkonem 63 GWe a od začátku devadesátých let produkuje přes 70 % elektřiny v tomto státě. V době jejich uvádění do provozu zde klesaly celkové emise oxidu uhličitého průměrně o 2 % ročně. Součinnost jádra s obnovitelnými zdroji umožňuje již více než čtvrt století fungování francouzské elektroenergetiky s minimem fosilních zdrojů a tedy i produkce oxidu uhličitého. Velmi vysoký podíl jaderných bloků vede k tomu, že Francie musela využívat reaktory nejen v základním režimu, ale i pro regulaci. V praxi tak vyvracely a vyvracejí mýtus, že jaderné reaktory regulovat nemohou. V roce 2022 se chce Francie úplně obejít bez uhelných elektráren.
Kanadská provincie Ontario se v roce 2014 zcela zbavila uhelných zdrojů v elektroenergetice a i využití plynu při výrobě elektřiny je minimální. I když ještě v roce 2003 byla z uhlí čtvrtina elektřiny. Stala se tak příkladem velice úspěšné cesty k nízkoemisní elektroenergetice. Tato cesta byla nastoupena již v sedmdesátých a osmdesátých letech, kdy se v Kanadě vybudovala jaderná energetika založená na domácích reaktorech chlazených těžkou vodou typu CANDU. Její dokončení pak probíhalo na přelomu tisíciletí, kdy se představitelé Ontaria rozhodli zajistit téměř úplné odstranění emisí v elektroenergetice. Jejich „Energiewende“ byla dominantně zajištěna rekonstrukcí stávajících jaderných elektráren s reaktory CANDU, která umožnila zvýšení jejich elektrického výkonu a zajištění prodloužení jejich provozování o další čtvrtstoletí. Jaderné zdroje. Kanada má v současnosti 19 reaktorů s celkovým výkonem 13,5 GWe, které doplňuje efektivně využívanými obnovitelnými zdroji, založenými hlavně na vodě a biomase, pro které má hodně velký potenciál. V roce 2014 vyrobily jaderné bloky 62 % elektřiny v provincii Ontario, což je moderní, technologicky vyspělý region s 13,4 miliony obyvatel. To znamená, že jde o ekvivalent státu velikosti Česka či jiných středně velkých států v Evropě. Jasně se tak ukázalo, že pro takové státy existuje efektivní a poměrně rychlá cesta k elektroenergetice úplně bez uhlí a se zanedbatelným podílem fosilních zdrojů.
Ve Švédsku, Švýcarsku a Slovensku se výborně doplňují jaderné a obnovitelné zdroje. Podle konkrétních podmínek daného roku v nich jaderné produkují mezi 40 až 50 % elektřiny. Ve všech těchto státech využívají geografické podmínky ideální pro využívání vodní energie. Na Slovensku je to třeba známá Vážská kaskáda. Ve Švédsku pak mohou využít rozsáhlé lesní hospodaření jako zdroj biomasy a ideální větrné podmínky v řadě míst u mořského pobřeží. Všechno toto vede k tomu, že využití fosilních zdrojů pro výrobu elektřiny je zanedbatelné nebo velmi nízké. Na Slovensku, které má v současností 87 % elektřiny z nízkoemisních zdrojů (výsledek roku 2014), se situace ještě více zlepší po zprovoznění dvou nových reaktorů jaderné elektrárny Mochovce.
Ve Švédsku se přechod k nízkoemisní energetice uskutečnil během zhruba deseti let na přelomu sedmdesátých a osmdesátých let a ve Švýcarsku pak v sedmdesátých letech. V té době klesala produkce oxidu uhličitého v těchto státech o 3 % ročně. Desetiletí stačilo třeba i k tomu, že jaderná energetika v Belgii, vybudovaná na přelomu sedmdesátých a osmdesátých let, mohla produkovat přes 50 % elektřiny z jaderných zdrojů. Švédsko, Švýcarsko a Belgie jsou také příkladem toho, k čemu vedou nastavené priority. Jejich hlavní prioritou je nezvyšování produkce elektřiny fosilními zdroji. I když tedy tyto státy vyhlásily v různých dobách odchod od jádra, tak po zjištění, že by jeho náhradou byly zdroje fosilní, od konkrétních kroků v tomto směru odstoupily. Naposledy se tomu stalo v Belgii. A to i v situaci, kdy se tato země u svých jaderných bloků potýkala v posledním roce s řadou problémů.
Cestou energetického mixu založeném na jaderných a obnovitelných zdrojích se vydaly i Finsko a Velká Británie, i když je třeba zdůraznit, že se na této cestě setkávají s řadou problémů. O těch s výstavbou nových jaderných bloků jsme už psali. Ve Velké Británii se daří udržovat v provozu stárnoucí flotilu plynem chlazených bloků, která nyní produkuje 18 % elektřiny. Zároveň se staví řada větrných turbín v pobřežních vodách i na pevnině a také se instalují fotovoltaické panely. Zvýšené využití plynových elektráren a náhrada uhlí spalováním dřeva pak umožnilo splnit velice striktní cíle na snížení emisí oxidu uhličitého. Velká Británie plánuje do roku 2025 odstavit všechny uhelné elektrárny. Je však třeba zdůraznit, že náhrada uhlí dováženými dřevěnými peletami není ekologickým řešením. K tomuto bodu se ještě vrátíme později.
Prozatím neúspěšné cesty k nízkoemisní elektroenergetice
Jako příklady nepříliš úspěšné cesty k nízkoemisní energetice může sloužit Německo a Dánsko. Německá Energiewende má jako prioritní cíl odstavení jaderných elektráren. V tomto směru se plní velice dobře. Z hlediska snižování emisí však prozatím úspěšná není. Výsledkem je, že i přes intenzivní budování obnovitelných zdrojů je snižování produkce fosilní elektřiny jen velmi pomalé. Zatímco v Ontariu skončili s produkcí uhelné elektřiny a ve Francii mají minimum fosilních zdrojů a s uhlím plánují úplně skončit za pár let, v Německu se patnáct let po zahájení Energiewende v roce 2016 (podle serveru Agora) vyrobilo 43,3 % elektřiny z uhlí. Německo je tak největším evropským producentem emisí a vysoké emise má i v přepočtu na obyvatele. Nízkoemisní nefosilní zdroje dodaly dohromady pouze 48,2 %, fosilní zdroje pak 51,8 %. Obnovitelné zdroje dodaly 33,5 % a jaderné pořád ještě 14,8 %. Největší část obnovitelné elektřiny pak dodaly větrné turbíny hlavně u pobřeží, bylo to 14,4 %.
Německo dokončuje jednu uhelnou elektrárnu za druhou. Tento trend a ekologické problémy německé Energiewende charakterizuje nedávné spuštění jedné z největších německých uhelných elektráren v hanzovním městě Hamburk. První blok v elektrárně Moorburg byl připojen k síti v únoru 2015, kdy začal pracovat blok Moorburg B. Další blok Moorburg A se pak rozběhl v srpnu 2015. Celkový elektrický výkon elektrárny je 1650 MWe a každý z jejich dvou komínů ční do výšky 102 m. Rozhodnutí o postavení této elektrárny padlo v roce 2006, kdy už šest let v Německu probíhala Energiewende. Bylo tak jasné, že po odstavení jaderných bloků bude potřeba jejich produkci nahradit. Na severu Německa, kde leží i Hamburg, je možné intenzivně a efektivně využívat větrné elektrárny a nevzniká také velký problém s transportem této elektřiny, jako například v případě Bavorska.
Protože se však i zde intenzita větru s časem i velmi značně mění a nejsou vzácná ani období, kdy fouká velmi málo, je potřeba mít zdroje, které za větrné elektrárny v případě potřeby zaskočí. A to dost často a hlavně rychle. Tento hlavní úkol ovlivnil i konstrukci nové uhelné elektrárny. Elektrárna dokáže měnit výkon až o 600 MWe za čtvrt hodiny. Její hlavní vlastností je možnost velice rychlé změny výkonu reagující na proměnnou větrnou situaci. Rychlé změny spalování, produkce tepla i práce turbíny kladou obrovské nároky na konstrukci. Flexibilitě jsou tak do značné míry obětovány snahy o co největší účinnost a společnou výrobu elektřiny a tepla. I tak však je účinnost vysokých 46 % a v ideálních podmínkách může dodávat elektrárna do systémů rozvodu centrálního zásobování teplem výkon okolo 650 MWt. Splnění špičkových parametrů a vysokých nároků na snížení emisí (čištění spalin probíhá ve třech stupních) vedlo k tomu, že zpoždění ve výstavbě bylo dva roky a cena elektrárny vystoupala na zhruba 3 miliardy EUR (zhruba 80 miliard korun).
Je třeba také zmínit, že uhelné bloky musí být částečně v provozu i v době, kdy je větrná situace dobrá. Tyto stabilní a spolehlivé zdroje musí udržovat stabilitu sítě, případně musí být v horké záloze. Musí tak být provozovány, i když třeba na nižším výkonu. V případě plného využití dodá elektrárna 11 TWh elektřiny ročně a vyprodukuje 8,7 milionů tun oxidu uhličitého. Protože však bude využívána pro regulaci, předpokládá se, že jejich koeficient využití bude zhruba poloviční. Dodá tak něco přes 5 TWh a emise oxidu uhličitého budou 4 milióny tun oxidu uhličitého. Pro provoz se bude využívat černé uhlí dovážené námořními loděmi. Jeho spotřeba bude při plném provozu zhruba 4,2 milionů tun uhlí, tedy více než 450 tun uhlí za hodinu.
Projekt je další v řadě budovaných uhelných elektráren, které jsou součástí probíhající německé Energiewende. Jejím nejviditelnějším příkladem je postavení dvou uhelných bloků s výkonem 1100 MWe v elektrárně Neurath, ve které se nyní nachází celkově sedm bloků a tato uhelná elektrárna se tak svým celkovým výkonem 4400 MWe stala druhou největší uhelnou elektrárnou v Evropě, a pochopitelně s odpovídajícími emisemi. Dokončen je již i jeden blok o výkonu 731 MWe v elektrárně Wilhelmshaven i blok o výkonu 1055 MWe v elektrárně Datteln.
Původně se předpokládalo, že jaderné elektrárny a staré uhelné elektrárny budou nahrazovat kromě obnovitelných zdrojů hlavně elektrárny plynové. Ovšem v posledních letech se z finančních důvodů odstavování starých uhelných bloků zpozdilo. Neprovozují ani nové plynové bloky a v Německu už více než pět let opět roste podíl uhelných elektráren na produkci elektřiny. Uhelné bloky umožňují udržovat nízké ceny elektřiny na burze a umožňují zpomalit zvyšování cen elektřiny pro spotřebitele způsobené růstem dotací do obnovitelných zdrojů a dalších nákladů Energiewende. Nové uhelné bloky většinou využívají dovezené černé uhlí, ale ty starší, jejichž provoz se prodlužuje, využívají uhlí hnědé a Německo tak likviduje další vesnice i v době, kdy je u nás chrání limity. Německo těží téměř 200 milonů tun hnědého uhlí ročně a od roku 1990 zde padla za oběť těžby řada obcí, například Lakona, Horno a další. A kvůli Energiewende jich nejspíše ještě několik padne.
Hlavní odstavování jaderných bloků, které se bude týkat dominantně Bavorska, však teprve začíná. První předzvěstí je odstavení jaderné elektrárny Grafenrheinfeld v roce 2015 s výkonem 1345 MWe, v roce 2017 se odstavuje blok Gundremmingen B. Doposud v jedné z nejprůmyslovějších spolkových zemí Německa dodávalo jádro okolo 50 % elektřiny. Ta bude muset být vyrobena jinak. Předpokládalo se, že tato elektřina bude nahrazena importem větrné elektřiny ze severu a plynovými zdroji v Bavorsku. Ovšem vysokonapěťová vedení, která měla zajistit dopravu větrné elektřiny ze severu Německa do Bavorska, zatím nejsou ani v projektové fázi. Po naplánování přesnější trasy prvního z nich se zvedla obrovská vlna odporu tisíců majitelů dotčených pozemků hlavně v Bavorsku. Bavorští politici tak kladou stavbě vedení značný odpor. Ten se zmírnil jedině příslibem, že většina vedení bude podzemní. Je však otázkou, jak se bude postoj veřejnosti měnit, až majitelé pozemků zjistí, co reálně umístění vedení pro jejich využívání znamená. Zároveň se náklady na projekt mohou zvýšit až řádově a značně se prodlouží doba výstavby. Cena, která se pochopitelně promítne do ceny elektřiny pro spotřebitele, a termín, kdy bude vedení k dispozici, jsou tak velmi nejisté. Je dost pravděpodobné, že pro udržení rozumné ceny elektřiny pro spotřebitele bude muset Bavorsko také více spoléhat na uhlí než na plyn.
Tato situace už dospěla tak daleko, že i proponenti Energiewende si uvědomují, že bez radikálních kroků v elektroenergetice
Německo nesplní svůj závazek snížení emisí oxidu uhličitého o 40 % oproti roku 1990 do roku 2020. Náročnost úkolu je vidět i z toho, že kvůli velmi omezenému snižování emisí v minulých letech se pro jeho splnění musí v tomto a následujících letech snižovat produkce oxidu uhličitého ročně o tři procenta. V roce 2015 však došlo ke snížení pouze o 1,5 % a v roce 2016 dokonce emise stouply. Zelené představy o potenciálu úspor ze zateplování či zvyšování efektivity se nedaří i přes značnou podporu a dotace plnit. Úplnou záhadou je, jak se podaří snížit produkce oxidu uhličitého o 22 milionů tun v elektroenergetice. Pro splnění tohoto cíle přikázal ministr hospodářství odstavit osm nejstarších hnědouhelných elektráren s celkovým výkonem 3 GWe. Odpovídající snížení oxidu uhličitého však určitě nestačí a navíc je třeba počítat s emisemi popsaných nových bloků, které se dostávají do provozu.
V Německu se v posledních letech pozoruje velký přebytek výkonu a tlak na export elektřiny. Je třeba připomenout, že jde o zákonitý projev Energiewende. Jestliže se má maximalizovat produkce větrné a solární elektřiny, musí být v každém tomto zdroji celkový výkon schopný v pro něj dobrých podmínkách pokrýt i celý potřebný výkon. Zároveň však musí být i výkon fosilních bloků, který pokryje celý potřebný výkon v době, kdy nesvítí a nefouká. Na každý potřebný megawatt výkonu tak musí být tři elektrárny, sluneční, větrná a fosilní. Zároveň však část fosilních stabilních bloků musí být v provozu alespoň na část výkonu i v době dobrých podmínek pro sluneční a větrné zdroje, aby udržela stabilitu sítě a bylo možné ji regulovat. Takže velký přebytek výkonu a snaha exportovat přebytečnou nejen obnovitelnou, ale i fosilní elektřinu, je pro takový systém nutností. Velice dobře je to vidět na Dánsku, aby docílilo toho, že zde vítr může mít podíl přes 40 % elektřiny z větru, produkuje někdy jen ve větru 135 % svých potřeb. A v té době řada jejich fosilních elektráren stojí nebo jede na minimální výkon. Tedy má nutně velký přebytek výkonu a musí mít možnost přebytečnou elektřinu ve větrné době někam vyvézt. Naopak potřebuje v době bezvětří odněkud tu elektřinu dovézt. Dánská energetická koncepce je založena na velkém přebytku výkonu a zároveň také na intenzivním využívání sousedů. V posledních letech navíc došlo k tomu, že se Dánsko stalo čistým importérem elektřiny a čistý roční dovoz činí desítky procent potřeby.
Připomeňme si stanovené cíle v podílu nízkoemisní elektroenergetiky v Německu. Zvýšení podílu elektřiny z obnovitelných zdrojů na celkové hrubé spotřebě elektřiny na 35 procent do roku 2020, do roku 2030 na 50 procent, do roku 2040 na 65 procent a do roku 2050 na 80 procent. Je otázka, zda jsou tyto cíle reálné. I když by se je však Německu podařilo uskutečnit, ani v roce 2050 nedosáhne takového podílu nizkoemisních zdrojů, jaké měly státy zmiňované v předchozí části již před třiceti lety. Cíle ve snížení emisí v elektroenergetice, které se Francii podařilo dosáhnout v jednom desetiletí, nenaplní Německo ani po půl století intenzivní Energiewende.
Dosavadní průběh německé Energiewende
Podívejme se nyní podrobněji na dosavadní průběh německé Energiewende a co nám naznačuje k jejímu budoucímu vývoji. Statistiky ukazují, že velice úspěšně pokračuje odstavování jaderných elektráren. Tento cíl Energiewende se plní přesně podle plánu. Po odstavení prvního velkého bloku v Bavorsku Grafenrheinfeld v roce 2015 pokračoval propad ve výrobě elektřiny z jádra i v roce 2016. Zatímco před začátkem Energiewende vyrobily jaderné elektrárny téměř 160 TWh ročně, což bylo zhruba 30 % celkové produkce elektřiny, tak nyní už je produkce u hodnoty okolo 80 TWh ročně, tedy hluboko pod výrobou z jednotlivých fosilních zdrojů, i když pořád téměř 15 % celkové produkce. Ještě v roce 2016 vyprodukovaly jaderné elektrárny více elektřiny než větrné. V roce 2022 by však měly být odstaveny všechny jaderné bloky a značná část nízkoemisní produkce tak zmizí. Podívejme se nyní, čím mohou být nahrazeny.
Z průběhu výroby elektřiny v Německu je vidět, že celou dobu Energiewende se produkce z vody nemění, zůstává zhruba na úrovni 20 TWh, tedy jen zhruba 3,6 % celkové výroby. Jisté fluktuace jsou způsobeny změnami situace s vodními srážkami. Nepomohla ani intenzivní dotační podpora vodních zdrojů, která umožnila vybudování řady malých decentrálních zdrojů, které jsou velmi užitečné při cestě k malé decentralizované efektivní energetice. Neřeší však potřebné významnější navýšení výroby elektřiny, které by umožnilo nahradit výpadek jádra.
Další možností je využití biomasy. V tomto případě došlo k rychlému navýšení zhruba mezi léty 2004 až 2010. Od té doby zůstává produkce elektřiny z biomasy zhruba stejná, na úrovni 47 TWh, což je necelých 9 % celkové výroby elektřiny. Pravděpodobně už narazila na limity konkurence s výrobou potravin a ekologickými funkcemi krajiny. Dalším faktorem je, že Německo přestalo dotovat takové ekologické úlety, jako je dovoz kukuřice na velké vzdálenosti, třeba z Česka, pro vysoce dotovanou výrobu bioplynu pro produkci elektřiny nebo pálení dováženého dřeva v tepelných elektrárnách. S tou biomasou a omezením produkce oxidu uhličitého je to vůbec problematické. Pochopitelně se při jejím spalování také uvolňují emise, oxidu uhličitého i opravdových škodlivin. Předpokládá se však, že při novém nárůstu této biomasy se tento oxid uhličitý zase z atmosféry pohltí. Jestliže však spalujete vzrostlé stromy zpracované na štěpku, tak ten cyklus trvá i osmdesát let a je otázka, jestli nám teď při snaze o rychlé snížení emisí takové využití biomasy v tomto pomůže.
Pro náhradu jádra tak může Německo využít pouze vítr a slunce. Je však otázka, do jaké míry se to podaří. U fotovoltaiky se po rychlém nárůstu zvyšování výkonu i nárůstu produkce elektřiny z tohoto zdroje mezi lety 2007 a 2013 růst výrazně zpomalil. Změny v roční výrobě elektřiny jsou tak spíše dány vývojem povětrnostních podmínek v daném roce a už čtyři roky zůstává výroba elektřiny ze slunce zhruba stejná, okolo 37 TWh, což je 7 % celkové produkce. V roce 2016 poklesla i při nárůstu instalovaného výkonu o 1 GW. Zde je zpomalení růstu výkonu a i výroby nejspíše hodně dáno poklesem dotovaných cen výkupu elektřiny z tohoto zdroje. Pro využití v Česku je základním poučením z Německa, že i při instalovaném výkonu dosahujícím velikosti celkové potřeby nedodá tento zdroj ani 10 % potřeb. Navíc je dominantně zodpovědný za vysoké poplatky na dotace do cen za obnovitelné zdroje v Německu.
U větrných zdrojů roste výkon i výroba stále. V roce 2016 sice byla výroba elektřiny z větru nižší než v roce 2015, i když instalovaný výkon vzrostl o 5 GW. Ovšem rok 2015 byl hodně výjimečný, když produkce z větrných zdrojů poskočila opravdu hodně nahoru. Předloňský nárůst a loňský pokles tak mohou být dány hlavně vývojem povětrnostních podmínek během let 2015 a 2016. Větrné zdroje sice dodají v Německu 80 TWh, což je okolo 14 %, ale je to díky větrnému severnímu pobřeží. V Bavorsku, které je geografií i dalšími vlastnostmi velmi blízké nám, dodávají větrné elektrárny jen pár procent jeho potřeb elektřiny. Na to by měli myslet ti, kteří spoléhají na vítr u nás.
Je však možné, že v Německu už mohou u těchto zdrojů začínat převládat jiné dva faktory. Počasí je často stejné na celém území Německa i u nás a tyto zdroje se chovají jako jedna velká elektrárna. Výkon ve fotovoltaice i ve větru už dosahuje hodnoty, která odpovídá celkové potřebě Německa. Hlavně v jarních měsících, kdy fouká a zároveň svítí slunce, tak má Německo obrovské přebytky zdrojů a musí i větrné a fotovoltaické zdroje stále častěji vypínat. Zároveň také chybí linie velmi vysokého napětí, které by transportovaly elektřinu z větrných farem na severu do průmyslového Bavorska.
Německo má v současné době instalováno přes 40 GW ve slunci a 50 GW ve větru. Jeho potřeby se pohybují mezi 50 až 80 GW, konkrétní hodnoty závisí na tom, o který den v týdnu a kterou fázi dne jde. Spotřeba klesá během víkendu a svátků a nižší je také potřeba v noci. Široká špička je mezi 5 až 23 hodinou a maxima jsou kolem 12 a pak kolem 18 hodin.
Uvidíme tak, jaký vliv budou mít tyto faktory na nahrazování jaderných a fosilních zdrojů větrnými a solárními v následujících letech, kdy ještě více zesílí. Rok 2016 byl velice zajímavý z hlediska posouzení možností a budoucnosti německé Energiewende. Zatímco na jaře foukalo hodně a větrné i fotovoltaické elektrárny se musely vypínat, v listopadu a prosinci se ochladilo a zároveň nefoukalo. V té době dodávaly dominantní část elektřiny zdroje fosilní. Ty ovšem musely pracovat i v případě, že hodně foukalo. Problém je, že řada fosilních zdrojů musí v té době běžet, byť třeba na malý výkon, aby dokázala reagovat na rychlé a nepříliš předvídatelné fluktuace větrné produkce a zajistila stabilitu sítě, která přenáší velké výkony na velké vzdálenosti ze severu Německa na jih.
Z popsané situace je vidět, že i se vzrůstajícím instalovaným výkonem fotovoltaických a větrných zdrojů se budou stále střídat období s různým charakterem. V jednom bude Německo zaplavovat okolí přebytky větrné a fotovoltaické elektřiny a bude muset stále větší část těchto zdrojů v té době vypínat. V druhém pak budou větrné a solární zdroje dodávat stále minimum elektřiny. Německo už nebude mít jaderné zdroje a produkci budou tak i v budoucnu celkově dominovat zdroje fosilní.
Toto selhání cílů Energiewende v oblasti snižování emisí je podrobněji rozebráno i zde. Je otevřená otázka, jestli a kdy se situace změní.
Riziko přechodu od uhlí k biomase při výrobě elektřiny
Ještě je potřeba se zmínit o jedné cestě k nízkoemisní energetice, která se začíná v Evropě prosazovat. Z ekologického pohledu jde však o cestu přinejmenším velice spornou. Dánsko, Velká Británie a řada dalších evropských zemí začínají přestavovat uhelné elektrárny na spalování biomasy. Má to být důležitý krok na cestě ke snížení emisí a ekologické elektroenergetice. Zmíněné státy nemají dostatek lesů, takže potřebnou štěpku a pelety dovážejí ze zahraničí. Je tak velké riziko, že masivní přechod od uhlí k biomase bude mít velice podobné ekologické dopady, jako využívaní a intenzivní evropské dotace do biopaliv vyrobených z palmového oleje.
Nejen přelom roku 2016 a 2017 v evropské elektroenergetice jasně ukázal, že nebude možné pomocí na počasí závislých větrných a fotovoltaických zdrojů nahradit fosilní a jaderné zdroje nejen v Německu. V podstatě od října až po únor velmi často řadu dní a týdnů v rozsáhlých oblastech téměř nefoukalo. Slunce v tomto období může dodat jen minimum elektřiny. Navíc byl rok 2016 i dost suchý a i vodní zdroje hlavně v Rakousku mohly produkovat elektřinu jen v omezeném režimu. Kromě jaderných se tak musely velmi intenzivně využívat elektrárny fosilní. Zimní období sice bývá většinou větrnější, ale situace zimy ve zmíněné době nebyla zase tak neobvyklá. Je tak jasné, že i v budoucnu se lze na větrné a fotovoltaické zdroje spolehnout jen v omezené míře.
Německo i Dánsko tak zaostávají za svými proklamovanými cíli ve snižování emisí a nahrazování uhelných elektráren. Úplný přechod od uhlí k plynu je ekonomicky náročný a zároveň sníží emise oxidu uhličitého pouze na polovinu. Alespoň papírově stáhne přechod na spalování biomasy produkci oxidu uhličitého na nulu. Ve skutečnosti je situace jiná. Emise škodlivin i oxidu uhličitého při spalování biomasy existují. Předpokládá se však, že biomasa znovu naroste a stejné množství oxidu uhličitého, které se při spálení vyprodukovalo, se pohltí. Formálně tak získáme bezemisní zdroj. Jistým problémem je, že růst stromů, ze kterých se produkují pelety, může trvat řadu desítek let a to je i délka uzavření cyklu oxidu uhličitého v tomto případě.
Ve Velké Británii si přijali zákon na velmi rychlé snížení emisí oxidu uhličitého. Jeho požadavky nelze splnit bez úplného zastavení produkce elektřiny v uhelných blocích. Velká Británie předpokládá další využívání jaderné energie a výstavbu nových jaderných bloků. Ovšem obnova energetických kapacit, a to nejen jaderných, je zde velice silně zpožděná. Přistoupilo se tak k přebudování uhelných elektráren na spalování biomasy. Velká uhelná elektrárna společnosti Drax tak začala po roce 2012 postupně přecházet na spalování dřeva a společnost se tak stala z jednoho z největších emitentů oxidu uhličitého jedním z největších výrobců obnovitelné elektřiny. Celkový výkon elektrárny Drax je 4000 MWe. Velká Británie však nemá potřebné dřevo na výrobu pelet pro tuto produkci elektřiny. Většina lesů zde zmizela už během první fáze průmyslové revoluce.
A potřeby nejsou malé, zhruba rozsah lesa o rozloze přesahující území středních Čech a Prahy ročně. Pro produkci půl milionu tun pelet je totiž potřeba milión tun dřeva, k čemuž je potřeba v udržitelné podobě obhospodařování lesa na zhruba 800 km2. Drax bude potřebovat ročně zhruba 7,5 milionu tun biomasy v podobě pelet, což znamená spotřebu dřeva z území o rozloze zhruba 12 000 km2. Toto číslo se pochopitelně liší podle způsobu obhospodařování lesa, při méně intenzivní formě může být potřebná plocha i násobná.
Proto se musí dřevní hmota hlavně v podobě pelet dovážet ze zahraničí. Vychází se ze zkušeností firmy RWE, která spaluje pelety v několika svých elektrárnách po celé Evropě a také ve Velké Británii. Firma si vybudovala produkční závod na pelety v americké Georgii s počáteční kapacitou až 750 000 tun pelet ročně a dovoz z USA se stále rozšiřuje.
Po spuštění projektu „ozelenění“ elektrárny Drax se vybudovaly další obří zásobníky pelet a dováží se milióny tun dřeva z celého světa. Z počátku byla biomasa pouze k uhlí přidávána, takže v roce 2015 byl podíl využití biomasy 35%, v roce 2016 se pak přechází na 70% výroby z pelet a dostává se postupně až na 100% využití dřeva. Většina dřeva se dováží loděmi právě ze Severní Ameriky.
Stejným směrem se vydala i dánská firma Dong Energy, ta také ve svých elektrárnách postupně přechází od uhlí k dřevní hmotě. Od roku 2003 používá pelety a dřevní štěpku v elektrárnách Herning a Avedøre. Postupně se na dřevo převádí například i její elektrárna Asnæs se třemi bloky o výkonu 147 MW, 270 MW a 640 MW. Firma tak nahrazuje uhlí dřevem a od roku 2003 snížila spotřebu uhlí z 6,2 milionů tun ročně na pouhých 1,7 milionů tun v loňském roce ve zbývajících dvou elektrárnách na uhlí. Do roku 2023 chce již spalovat pouze biomasu. Pokud bude spotřebovávat okolo 7 milionů tun dřevní hmoty, bude potřeba využívat v intenzivní udržitelné podobě přes 10 000 km2 lesa. Dánsko má sice jistý podíl biomasy ze zemědělského odpadu a produkce potravin. Ovšem ta už se nyní plně spotřebuje hlavně pro účel vytápění. I Dánsko tak dováží potřebnou dřevní hmotu ze zahraničí. Většinou to zatím bylo z Estonska, Litvy, Lotyšska a Ruska. Postupně se však také stále více obrací na Ameriku.
Evropa je největším producentem i spotřebitelem pelet. V posledních letech navíc její spotřeba hlavně kvůli využívání pro produkci elektřiny rychle roste. V roce 2014 se vyrobilo v Evropě necelých 13,5 milionů tun pelet. Dřevo pro ně pocházelo hlavně ze severu Evropy (Švédsko, Finsko, Pobaltí), ale také z Německa a Francie. Celková potřeba však byla téměř o téměř 6 milionů tun vyšší, proto musely být chybějící pelety dovezeny ze Severní Ameriky (asi 5 mil. tun), z Ruska a okolí (asi 1 mil. tun). A nůžky mezi evropskou výrobou a potřebami se stále více rozevírají.
Přechod uhelných bloků na spalování dřevěných pelet i štěpky realizuje zmíněná německá společnost RWE i v nizozemském Ameru. Po možnosti využití přeměny uhelných elektráren na spalování biomasy pro splnění svých cílů ve snižování emisí oxidu uhličitého už právě díky firmě RWE nejen pokukuje i Německo. Vidí v ní možnost pokrýt německou potřebu stabilních energetických zdrojů a dosažení snížení emisí za přijatelnou cenu. Zatímco ve Velké Británii a Dánsku je počet uhelných bloků přece jen omezený, Německo má v současné době 50 GWe uhelných zdrojů. Pokud tyto začnou masivně přecházet na biomasu, bude to znamenat radikální zvýšení dovozu dřevní hmoty do Evropy.
Němečtí politici začínají nyní jasně vidět, že Energiewende není schopna splnit své proklamace v oblasti snížení emisí a těžby i dovozu uhlí. Existuje tak velké riziko, že budou i v oblasti přechodu od uhlí k biomase následovat svůj energetický vzor, Dánsko. Už z toho důvodu, že i většina zelených organizací proklamuje ve svých programech a plánech velký potenciál biomasy. Ostatně i energetické koncepce nejen českých Greenpeace a Hnutí Duha předpokládají velmi velký podíl produkce elektřiny z biomasy. I když dosažené snížení emisí bude jen formální a na papíře, zatímco reálné ekologické dopady budou naopak extrémně negativní. Ovšem nejen zelení proponenti Energiewende v Německu, Dánsku i jinde budou moci vyhlásit její plný úspěch.
Lze tak mít značné obavy, že to skončí ještě mnohem dramatičtější katastrofou, než jakou pozorujeme v souvislosti s dotovanými biopalivy v Evropě, palmovým olejem a devastací pralesů v Indonésii. Kdyby se byť jen 15 % evropských uhelných bloků přestavělo na spalování biomasy, bylo by každý rok potřeba zhruba 200 milionů tun pelet. Devastace lesů, pokud opravdu bude Německo a další státy následovat dánskou energetickou koncepci, tak bude nesrovnatelně větší a bude se týkat daleko širších oblastí ve světě.
Co z toho plyne pro Česko?
Možnosti využití energetických zdrojů je značně ovlivněno geografickými a dalšími podmínkami. Česká republika je v mírném pásu a průběh počasí omezuje možnosti využití sluneční energie (podrobněji zde). Není také v přímořské oblasti s pravidelným větrem a i využití větrné energie je tak omezené (podrobněji zde). Navíc jsou vhodné větrné oblasti často v ekologicky cenných horských partiích vzdálených od míst spotřeby. I tam však koeficient využití a tím i ekonomické parametry případných turbín nedosahují úrovně třeba německých turbín na pobřeží moře. Německo, kde je větrná produkce intenzivně prosazovaná, má sice nyní 13,3 % z tohoto zdroje, ale dominantní část výroby je na severu u pobřeží. V Bavorsku, které má zhruba stejné podmínky, jako jsou u nás, se z větru vyrobí pouze něco málo přes procento bavorské elektřiny. Na základě situace v Bavorsku lze tak těžko předpokládat, že se přechod k nízkoemisní elektroenergetice uskuteční pomocí větrné elektřiny, která zajistí třetinu naší produkce elektřiny, a plynu. Připomeňme, že v roce 2014 se z větru vyrobilo pouze 0,55 % elektřiny. Naše možnosti využívání vlastních zdrojů založených na větru a slunci jsou navíc omezovány právě situací v Německu. Stabilní počasí vhodné pro tyto zdroje je většinou společné pro celý region a v době, kdy panuje, je naše energetická soustava zaplavována přebytky z Německa. V době, kdy nedodávají německé obnovitelné zdroje, většinou nedodávají ani ty naše. Naše větrné zdroje těžko mohou z ekonomického hlediska konkurovat přímořským německým.
Potenciál vodních zdrojů je už u nás téměř vyčerpán a také možnosti biomasy jsou omezené. Efektivní a opravdu decentralizované je využití bioodpadu ze zemědělské a dřevařské produkce na místě. Ale pro speciální pěstování plodin pro energetiku, které konkuruje produkci potravin a ekologické funkci krajiny, v masivnějším měřítku u nás opravdu nemáme prostor. Pěstování kukuřice pro dotované bioplynky tady nebo v Německu nemá opravdu s ekologickým přístupem ke krajině a zemědělské půdě nic společného.
Z nízkoemisních zdrojů, které se tak dají masivněji využít a dokázaly tak u nás nahradit uhlí, tak zůstává pouze jádro (podrobněji zde). V roce 2014 se z jádra v České republice vyrobilo 35,3 % elektřiny a z uhlí pak 51,6 %. Z obnovitelných zdrojů to bylo celkově 10,6 %. Je z toho vidět, že při cestě za nízkoemisní energetikou potřebuje Česko nahradit zhruba polovinu své výroby. Je pravda, že v roce 2014 se vyvezlo zhruba 19,7 % vyrobené elektřiny. To znamená, že v případě omezení exportu by nebylo potřeba nahrazovat tolik fosilních zdrojů. I v tomto případě by se však musela nahradit výroba v rozsahu odpovídajícím téměř celé výrobě v současných jaderných blocích. Jaderné bloky v Dukovanech, které mají dohromady přes 2000 MWe a vyrábí zhruba 18 % výroby elektřiny, by mohly být provozovány padesát až šedesát let, tedy nejméně dalších dvacet nebo až třicet let. Ovšem nejen Greenpeace prosazuje německou cestu a chce začít uzavírat jednotlivé bloky Dukovan postupně už teď, po třiceti letech provozu. To obsahuje i její dokument Energetická [R]evoluce. Pokud budou protijaderní aktivisté úspěšní, tak i při zrušení všeho vývozu elektřiny se bude muset produkovat z fosilních paliv přes 60 % elektřiny.
Je třeba zdůraznit, že každá jaderná megawatthodina vyvezená z Česka za hranice vytlačí megawatthodinu fosilní, většinou uhelnou v Polsku nebo v Německu. Při dominujících směrech větru tak zlepšuje ekologickou situaci na svém území. Pokud by tak chtěla Česká republika významně přispět k posílení nízkoemisní energetiky v regionu a omezit celosvětové emise oxidu uhličitého, tak by měla budovat jaderné bloky zde a pomoci při stavbě jaderných bloků u sousedů. Zde by se uplatnily zkušenosti a průmyslové kapacity, které zde máme. Částečně se to naplňuje na Slovensku, kde se české firmy významně podílejí na dostavbě dvou nových bloků v jaderné elektrárně Mochovce.
Česko před dvěma lety schválilo aktualizaci státní energetické koncepce, která předpokládá postupné nahrazení uhelných zdrojů elektřiny jadernými a obnovitelnými. Pokud by se na jejím základě dokázaly shodnout všechny relevantní zainteresované skupiny a společně by podpořily její realizaci, mohla by se vybudovat nízkoemisní elektroenergetika pomocí dostavby Temelína, postupné náhrady dosluhujících bloků v Dukovanech, co nejefektivnějšího využití místního potenciálu obnovitelných zdrojů dominantně v decentralizované podobě, realizace možností úspor a využití chytrých sítí i potenciálu spolupráce se sousedy. Pokud by se alespoň z menší části splnily představy, které mají o potenciálu obnovitelných zdrojů a úspor environmentální hnutí, mohla by Česká republika alespoň zčásti přispět k vytlačení uhlí z Německa a Polska. Mohla by se tak významně zasloužit o naplnění cílů deklarovaných na klimatické konferenci v Paříži.
Bohužel je však tato představa nejspíše nerealizovatelná, protože i zdejší environmentální hnutí mají jako hlavní prioritu odstoupení od jádra a následování německé Energiewende místo realizace energetické koncepce Francie, Švédska či Ontaria.
Závěr
Jak jsme se snažili ukázat, není vhodné přikročit k drastickým omezením produkce oxidu uhličitého za každou cenu. Na druhé straně, pokud se rozhodneme, že je to opravdu nutné, tak toho v dohledné době nelze dosáhnout bez intenzivního využití všech možností. Tedy efektivních a smysluplných úspor, decentralizovaných malých obnovitelných zdrojů, velkých obnovitelných systémů v místech, které jsou z geografických, podnebných a dalších hledisek vhodné a také jaderných bloků. Je také nutné posílit propojení vedení vysokého napětí a spolupráci mezi státy v energetice, stejně jako smysluplným a efektivním způsobem zavést chytré sítě.
Několik středních i velkých států dokázalo realizovat přechod k nízkoemisní energetice založené na kombinaci jaderných a obnovitelných zdrojů již před čtvrt stoletím. Emise z elektroenergetiky na jednotku produkované elektřiny jsou v těchto zemích řádově nižší než třeba v Německu a nižší jsou i emise oxidu uhličitého na obyvatele. V současné době je produkce oxidu uhličitého Německa většinou přes 400 gCO2ekv/kWh, ve Francii je to většinou okolo 100 gCO2ekv/kWh a Švédsku dokonce jen okolo 50 gCO2ekv/kWh. Ukázali tak, že tato cesta je možná. Pokud se tak podaří elektrifikace dopravy a dalších oblastí, mají tak tyto státy otevřenu cestu k celkové nízkoemisní energetice. Německo ukáže, zda vůbec a případně kdy bude možné v podmínkách toho nejbohatšího státu a extrémního politického a finančního odhodlání uskutečnit cestu k nízkoemisní energetice bez jádra. Zatím se to však nikde nepodařilo, kromě velmi specifických pár případů se speciálními přírodními podmínkami, jako je třeba Norsko nebo Island.
Následování Francie, Švédska, Švýcarska, Slovenska a Ontaria si naopak vybrala Velká Británie. Ta přijala velmi přísný zákon na snižování emisí a snaží se o odchod od fosilních zdrojů v elektroenergetice. Měla by k tomu využít právě kombinaci obnovitelných a jaderných zdrojů. Vzhledem k tomu, že využití jádra je pod extrémním tlakem protijaderné kampaně nejen v samotné Velké Británii, ale v celé Evropě, jsem zde k realizaci do značné míry skeptický.
Příznivá situace je v tomto směru v Číně. Ta potřebuje přechodem k nízkoemisní energetice řešit katastrofální ekologickou situaci s emisemi škodlivin. Čína se rozhodla využít všech možností, které má k nahrazení uhelných elektráren při výrobě elektřiny. Dominantní však budou tři zdroje. A to voda, vítr a jádro. V současné době vyrábí Čína zhruba stejné množství elektřiny z jádra a větru. Zatímco kapacity větrných zdrojů rostly v předchozích letech rychleji než u jádra, nyní se situace obrátila. U větru se objevují problémy z propojením větrných a průmyslových oblastí a u jádra se dostala výstavba jaderných bloků do tempa srovnatelného s tím, co probíhalo ve Francii v sedmdesátých letech. Čína začíná stavět bloky o výkonu 1000 MWe sériově a za pět let. Po vyřešení problémů s připojováním větrných elektráren by se mohl opět rozjet rychlý nárůst produkce větrné elektřiny. Podle plánu Čína počítá s tím, že produkce z větrných elektráren bude i v budoucnu zhruba stejná jako z jaderných bloků a právě tyto dva zdroje by spolu s vodními měly dominantně přispět k vyčištění čínské elektroenergetiky. Čína intenzivně buduje i fotovoltaické zdroje a pomáhá tak udržovat kapacity výroby fotovoltaických panelů i v období opadnutí boomu v této oblasti ve světě. Vzhledem ke koeficientu využití je však produkce ze slunečních elektráren o dost menší než u dříve jmenovaných a bude i v budoucnu.
Je vidět, že v následujících letech bude možné srovnávat mezi výsledky různých koncepcí. Bude pak možné vybrat mezi různými koncepcemi přechodu k nízkoemisní energetice ty nejefektivnější.
Poznámka
Článek je čtvrtý z cyklu, který bude rozebírat možnosti jednotlivých energetických zdrojů u nás, a jehož cílem je iniciovat diskuzi o budoucím rozvoji české elektroenergetiky a jeho úskalích i možnostech. Hlavně v souvislosti s tím, že od poslední aktualizace energetické koncepce uplynulo již pár let a v oblasti energetiky se u nás reálně nic moc neudělalo. Zároveň se objevuje řada rizik a tak je velmi důležité udělat si přehled o vývoji a stavu energetiky ve světě i u nás. První tři části byly věnovány jaderným zdrojům, větrné energii a fotovoltaickým elektrárnám.