Současný stav naší elektroenergetiky

V předchozích částech cyklu byly rozebrány možnosti jednotlivých nízkoemisních zdrojů (větrných, jaderných a fotovoltaických) a různých cestách, které se dají pro přechod k nízkoemisní elektroenergetice využít. Nyní se podívejme na situaci v české elektroenergetice. V současné době je největší část elektřiny vyrobena v elektrárnách na domácí hnědé uhlí, ty dodávají téměř 50 %. K tomu přidají nějaké procento plynové bloky a fosilní zdroje tak zajišťují o pár procent více než 50 %. Dalším zdrojem jsou jaderné bloky v elektrárnách Temelín a Dukovany, které dodávají okolo 35 %. Zbývající část přidávají obnovitelné zdroje.

Česká republika je nyní čistým vývozcem elektřiny s dostatečnými rezervami výroby i výkonu. Zároveň svou robustní sítí pomáhá zajišťovat transport elektřiny ze severu Evropy na jih a udržovat stabilitu v našem regionu. U elektřiny jsou značně omezené možnosti ukládání, proto je potřeba v každé době pokrývat potřebný výkon. U něho dochází k dosti značným denním i sezonním změnám v rozsahu zhruba mezi 5,5 až 10,5 GW. Menší výkon je potřeba o víkendech a svátcích a také noc potřebu sníží. Nižší výkon je požadován v létě a vysoký naopak v zimě. V současné době je k dispozici v uhelných blocích něco přes 10 GW, v plynových zhruba 2 GW a v jaderných přes 4 GW. Vodní a přečerpávací mají dohromady 2 GW. To pokrývá potřeby i se značnou rezervou. V posledních letech byla netto výroba 80 TWh a vývoz okolo 13 TWh, tedy zhruba 16 %.

 

První zlom okolo roku 2022

Česká republika bohužel nevyužila svou výhodu robustní energetiky z minula a připravenosti k stavbě nízkoemisních zdrojů. Dlouhým odkládáním potřebných kroků se dostala do situace, kdy se to může stát problémem. Velká část našich elektráren je už pokročilejšího věku, čerpá se tak hlavně z toho, co se vybudovalo dříve. Jen u části uhelných bloků byla provedena ekologizace na takové úrovní, aby splňovaly kritéria pro provoz přes rok 2022. Tato kritéria například nesplňuje i elektrárna Počerady. Před tímto rokem tak postupně může dojít u uhelných zdrojů k odstavení až 40 % výkonu. V tomto případě už přestaneme být vývozcem elektřiny a může nastat problém s pokrýváním sezónních špiček.

 

Situace by neznamenala příliš velký problém, kdyby podobný proces neproběhl v té době i u našich sousedů. Pro uhelné zdroje totiž platí společná evropská pravidla. V Německu dojde k uzavření všech jaderných elektráren a také řady uhelných zdrojů. Uhelné zdroje se odstavily nebo se vyřadí i v celé řadě dalších evropských zemí. Všude po Evropě panovalo v posledních letech období útlumu výstavby zdrojů jiných, než obnovitelných, závislých na počasí. Po roce 2022 tak sice budou přebytky produkce v době, kdy intenzivně fouká a svítí, ale pravděpodobně bude problém dovézt elektřinu například v době zimní inverze, kdy bude v Evropě vysoká spotřeba elektřiny a nebude foukat a svítit.

 

Rok 2022 už je hodně blízko a Česko by se na toto období mělo už nyní začít připravovat, aby je bez újmy překonalo. Do té doby se těžko postaví nějaké velké bloky. Nelze také očekávat masivnější instalaci inteligentních prvků, které by umožnilo masivnější regulaci na straně spotřebitele. Bylo by však velmi dobré co nejefektněji využít současný systém HDO. Co lze stihnout, je vybudování určitého množství decentralizovaných menších zdrojů a určité zlepšení schopnosti regulace sítě.

 

Druhý zlom okolo roku 2035

Teoreticky by se sice daly Dukovany provozovat i přes 50 let, ale to je, nejen kvůli postojům našich sousedů, velmi nepravděpodobné. V roce 2035 tak začne probíhat jejich odstavování. Životnost skončí i některých zbývajících uhelných zdrojů. Do té doby bude potřeba zajistit náhradu velkého výkonu stabilních zdrojů schopných přispět k regulaci a stabilitě sítě. V tomto případě by však na rozdíl od předchozího bez zásadních akcí a investic došlo k opravdu krizové situaci.

V Evropě je shoda, že je třeba uhelnou energetiku utlumovat a velká část evropských států už vůbec s uhelnou energetikou nepočítá, jmenujme třeba Francii, Anglii, Švédsko, Dánsko a řadu dalších. U nás budou také ubývat zásoby uhlí, které jsou dostupné bez narušení limitů. Je tak nepravděpodobné, že by se náhrada odstavených zdrojů dala řešit uhelnými bloky. Jak bylo popsáno v předchozích částech cyklu, jsou možnosti obnovitelných zdrojů u nás omezené. Náhradu dosluhujících bloků u nás tak budou muset dominantně zajistit jaderné a plynové bloky podporované decentralizovanými obnovitelnými zdroji a inteligentním řízením sítě se zapojením „prosumerů“, tedy spotřebitelů, kteří jsou zároveň i producenti elektřiny v decentralizované podobě nebo přispívají k akumulaci energie.

Je třeba zdůraznit, že k oběma kritickým obdobím dojde v případě, že potřebný výkon i spotřeba zůstanou na současné úrovni. Zvýšením potřeb, například razantním rozběhnutím elektromobility či ekologizací průmyslu a tlaku na snížení celkové spotřeby energií s využitím elektrifikace (například masivnějším zaváděním tepelných čerpadel), se očekávaná rizika ještě prohloubí.

 

Čtyři scénáře, které mohou nastat

Možnosti, které pro výrobu elektřiny u nás poskytují geografické a další podmínky, byly podrobně rozebrány v předchozích částech cyklu. Z nich vyplývají čtyři základní scénáře vývoje elektroenergetiky u nás. Popíšeme si je v pořadí, v jaké míře dokáží České republice pomoci ve snižování emisí oxidu uhličitého. První by byl scénář „Supernízkoemisní“, který by Česká republika musela uplatnit v případě, že by chtěla maximálně přispět ke snižování emisí v Evropě. Druhým pak scénář označovaný jako „ASEK“, který by sledoval zadání Aktualizované Státní Energetické Koncepce (ASEK), které bylo přijato před dvěma roky. Třetí a čtvrtý scénář jsou pak „Druhé Bavorsko“ a „Rychle druhé Bavorsko“, které nastanou, jestliže se nepodaří postavit nové jaderné bloky a elektroenergetika bude dominantně spoléhat na plynové bloky a dovoz větrné elektřiny ze severu Německa. Ke scénáři „Rychle druhé Bavorsko“ dojde, pokud se navíc předčasně odstaví elektrárna Dukovany, například pod intenzivním politickým tlakem Německa a Rakouska.

 

Supernízkoemisní scénář

Jak bylo ukázáno v přehledu možných zdrojů, má Česká republika relativně velmi omezené možnosti pro všechny nízkoemisní zdroje, kromě jádra. Jak ve větru, slunci, biomase i vodě jde u každého z nich vždy jen o potenciál několika procent požadované produkce elektřiny. Celkově tak těžko dosáhnou i jen poloviny potřeb. Pokud by Česká republika chtěla relativně rychle nahradit fosilní zdroje a intenzivně přispět k nízkým emisím v Evropě, musela by postavit několik nových jaderných bloků. Zvláště, když část z nich musí postupně nahradit i dosluhující Dukovany.

Nutností realizace tohoto scénáře je provozování Dukovan nejméně 50 let. Je jasné, že dostavbu prvního z nových bloků nelze očekávat před rokem 2030, takže nemohou pomoci v řešení popsané situace, která nastane po roce 2022. V té době by u nás neměl být problém s celkovou výrobou elektřiny, i když období čistého exportu skončí. Náročné však může být pokrytí denních a ročních diagramů a zajištění regulace.

I z toho důvodu bude potřeba intenzivní rozvoj regulační schopnosti sítě, hlavně využitím možností inteligentních sítí a chytré regulace, i když nejdříve s využitím HDO systému. Důležitá je také spolupráce se sousedy, budování stabilních propojení, která by posílila naši roli při transportu elektřiny a udržování stability sítě v regionu. Umožnilo by to sdílet zálohování zdrojů a využít přebytky ve výrobě v různých časech. Efektivní a významné úspory by umožnily také kompenzovat růst spotřeby elektřiny vlivem zvyšování životní úrovně i přechodu k elektromobilitě.

Pokud bychom využili našich zkušeností a tradice v oblasti jaderné energetiky pro její rozšíření například v Polsku, mohli bychom velmi významně přispět ke snížení emisí v regionu. Stejně by působila i případná spolupráce se Slovenskem při budování nových bloků v Elektrárně Jaslovské Bohunice. Podobně jako se podílíme na dostavbě třetího a čtvrtého bloku v elektrárně Mochovce. V pozdější době, spíše až po roce 2040, by se v případě potřeby mohlo rozhodnout i o možnosti výstavby úplně nové jaderné elektrárny. Stejně tak by se v případě jejich technologické dostupnosti mohlo přistoupit k využívání malých modulárních reaktorů v teplárenství a produkci elektřiny i tepla pro průmyslové procesy.

Takový scénář by v principu mohl velice rychlé vést k přechodu k nízkoemisní energetice, podobně jako proběhl ve Francii, Švédsku či provincii Ontário a chystá se ve Velké Británii, Finsku či Slovensku. Je však třeba zdůraznit, že tento scénář je ve stávajících politických a společenských podmínkách velmi nepravděpodobný. Vyžadoval by totiž velmi rozhodné a rychlé kroky v oblasti řešení podpory všech nízkoemisních zdrojů. To nelze očekávat zvláště v situaci, kdy skupiny, které jsou největšími zastánci snižování emisí, jsou zároveň radikálními odpůrci využívání jaderné energie. Popsaný scénář by potřeboval opravdu silnou podporu a shodu napříč celou společnosti. Zhruba takovou, jaká je v Německu u Energiewende. Pojďme se tak podívat na pravděpodobnější scénáře.

 

Scénář ASEK

Stejně jako předchozí scénář má řadu variant, které se pohybují v zadaných koridorech pro jednotlivé zdroje. I on počítá s tím, že se Dukovany budou provozovat nejméně do druhé poloviny třicátých let. Zároveň se postupně začnou stavět bloky, které doplní existující a část jejich výkonu nahradí také odstavované Dukovany. Připomeňme, že podle ASEK by v roce 2040 měla jaderná energetika zajistit něco mezi 46 až 58 % výroby elektřiny, obnovitelné zdroje něco mezi 18 až 25 %, uhlí pořád ještě 11 až 21 % a zemní plyn mezi 5 až 15 %.

Konkrétní hodnoty velmi silně závisí na tom, jak rychle se podaří budovat nové jaderné zdroje. Větší podíl obnovitelných zdrojů by mohl umožnit rychlejší pokrok v ukládání energie. Významný vliv bude mít i vývoj celkové spotřeby elektřiny a také případný přechod k elektrifikované dopravě a průmyslu.

Denní diagram potřebného výkonu se ve všedním dni mění v kritických zimních měsících mezi 8 až 10,5 GW, v letních měsících pak mezi 6 až 9 GW. Je vidět, že základní zatížení lze uplatnit podle období mezi zhruba 6 a 8 GW a regulace musí zajistit změny v rozsahu zhruba až 3 GW. Jaderné bloky lze v principu využívat pro regulaci a mix je v případě plnění ASEK dostatečně pestrý. Všechny případné varianty scénáře ASEK jsou tak schopny tyto změny výkonu v principu pokrýt. Čím efektivnější budou možnosti regulace třeba inteligentními sítěmi a možnosti ukládání, tím snadněji se bude regulace provádět.

V době okolo roku 2022 by mělo jádro mít současný výkon téměř 4,2 GW, uhelným blokům by mělo zůstat přes 6 GW, plynové bloky by měly mít kolem 2 GW, a ve vodních (včetně přečerpávacích) budou zhruba 2 GW. Je však třeba počítat s tím, že vždy část výkonu bude odstavena pro potřebu údržby, oprav či výměny paliva u jaderných bloků. I ze srovnání potřebného výkonu a výkonu dostupného tak vychází, že situace v té době se zdroji nezávislými na počasí bude tak na hraně možností. Jakýkoliv další nečekaný výpadek v té době může být problém.

 

Druhé Bavorsko

Tento scénář nastane v případě, že se nepodaří postavit nové jaderné bloky. Odstavované uhelné elektrárny bude potřeba nahradit. Částečně to lze udělat pomocí obnovitelných zdrojů, ale bez efektivního dlouhodobého ukládání energie pouze ve značně omezené míře. To je vidět i na příkladu Bavorska. Jaderné bloky zde zajišťovaly až okolo 50 % potřeb elektřiny. Nyní je nahrazují postupně větrné turbíny ze severu Německa a plynové zdroje v Bavorsku. Právě na vývoji v Bavorsku uvidíme, jak to dopadne i u nás v případě odchodu od jádra.

Je velmi pravděpodobné, že v Česku proběhne náhrada jádra velmi podobně jako v Bavorsku. Dominantními zdroji elektřiny bude plyn a dovoz větrné elektřiny ze severu Německa. Stupeň závislosti na dovozu elektřiny z Německa a plynu hlavně z Ruska by v takovém případě byl velmi významný, i když jeho míru ovlivní hlavně možnosti ukládání energie a míra schopnosti instalovat obnovitelné zdroje u nás. Určitou možností snížit při náhradě odstavovaných klasických zdrojů využití plynových bloků by mohl být v tomto případě dovoz elektřiny z uhelných zdrojů v Polsku. Je však třeba zdůraznit, že na rozdíl od Bavorska za nás nebude Německo cítit zodpovědnost a v případě potřeby budeme první, kterým se omezí dodávky. Německo má také daleko silnější pozici při vyjednávání dodávek plynu z Ruska.

Tento scénář se naplní i v případě, že stejně jako v posledních dvou letech se v energetice nebude téměř nic dít. Podobně jako v předchozích scénářích bude potřeba řešit zlomové období kolem roku 2022. V tomto případě však bude zvlášť silná potřeba posílit integraci naší elektrické sítě do sítí našich sousedů.

 

Rychle druhé Bavorsko

Ještě rychlejší přechod k dominanci plynu v Česku a větrné elektřiny ze severu Německa by nastal v případě, že by se musely předčasně odstavit Dukovany. V tom případě ovšem bude zlom u zdrojové části v polovině dvacátých let dramatičtější a bude třeba rychleji řešit přechod k sítím s vysokými schopnostmi regulace a inteligence, a také intenzivní integraci naši sítě s vedeními v Evropě. Rychle bude potřeba také stavět nové plynové zdroje.

 

Konkrétní doporučení pro překonání kritických období

Pokud chceme splnit zadání naši státní energetické koncepce a překonat popsaná problematická období, musíme učinit řadu opatření. A to poměrně brzy. Nejdříve se podívejme na ta doporučení, která by nám pomohla překonat první zlom kolem roku 2022. Je třeba zdůraznit, že tato opatření jsou nutná při libovolném zmíněném scénáři.

1. U uhelné energetiky je třeba podpořit dokončení ekologizace u bloků, které budou provozovány po roce 2022. Musí být splněna požadovaná evropská kritéria. Pokud byla u nich ekologizace provedena a překračují limity pouze v některých příliš přísně a z hlediska potenciální škodlivosti sporně nastavených hodnotách, je možné se spolu s dalšími evropskými zeměmi pokusit dojednat nové posouzení jejich nutnosti. Uhelné elektrárny se ještě delší dobu využívat budou a je nutné, aby to bylo ekologicky přijatelným způsobem. Může být vhodné, po jistou velmi omezenou dobu pokrývající přechodové období, některé ekologicky problematičtější bloky neprovozovat, ale držet je ve strategické rezervě pro krizové situace, než se postaví potřebné náhrady.

2. Vytvořit podmínky pro efektivní možnost budování decentralizovaných obnovitelných zdrojů a prvků podporujících regulaci a schopnost akumulace.

3. S využitím HDO a dalších dostupných prvků inteligentního řízení podpořit stabilitu a flexibilitu sítě.

4. Velký důraz klást na údržbu všech zařízení a zvýšit jejich spolehlivost, aby nedocházelo k problémům, jako byly se svary v jaderných elektrárnách, nebo k poruchám a požárům na uhelných blocích.

 

Pro zajištěny obměny zdrojů a udržitelného vývoje elektroenergetiky po roce 2035 podle scénáře ASEK je potřeba:

1. Podniknout reálné kroky k výstavbě jaderných bloků. Pokud mají stát do doby odstavování Dukovan, musí se k nim přikročit co nejdříve.

2. Zajistit rozvoj a podporu obnovitelných zdrojů v decentralizované efektivní podobě a zařízení pro akumulaci energie.

3. Zavádění inteligentních sítí a prvků z průmyslu 4.0, které zajistí efektivní spolupráci mezi centrálními a decentralizovanými zdroji i „prosumery“.

4. Využít efektivní možnosti úspor a zapojení elektromobility i elektrifikace průmyslu i do zefektivnění elektroenergetiky

5. Pracovat na integraci do evropské sítě a využití potenciálu spolupráce s blízkými i vzdálenějšími sousedy.

 

Závěr

Nyní jsme v období, kdy je potřeba českou elektroenergetiku obnovit a přebudovat. Jak bylo ukázáno v předchozích článcích o jednotlivých zdrojích, existují v Česku firmy, které se do produkce energetických zařízení úspěšně zapojují. Řada podniků funguje v jaderné energetice, ve výrobě kotlů a turbín pro plynové zdroje i elektrárny na biomasu a v produkci komponent větrných i fotovoltaických systémů. Jiné se začínají zapojovat také do výroby baterií a komponent chytrých sítí. Česko je jedním z největších výrobců automobilů. Nemůže si tak dovolit zůstat stranou směřování k elektromobilitě. Proto je nutné počítat s její interakcí s elektrickou soustavou.

 

V průmyslu bude třeba postupně přejít k technologiím 4.0. Je tak třeba, abychom začali rozvíjet postupně prvky průmyslu 4.0, ale i energetiky 4.0. Je důležité, aby se co nejvíce do této komplexní proměny české energetiky zapojil český průmysl a využil při tom i své integrace do mezinárodní spolupráce. Nastávající období je tak výzvou nejen pro českou energetiku, ale také český průmysl. A je třeba co nejdříve podniknout kroky, aby tato výzva mohla být pozitivně využita k zajištění ekologické a sociálně únosné elektřiny pro naši společnost a tím i její životní úrovně.

Úplně na závěr je třeba připomenout, že ničeho ze zmíněného nelze dosáhnout bez potřebných odborníků a výzkumu v energetických oborech. Důležitá je tak podpora příslušných vysokých škol a vědeckého výzkumu. Je třeba myslet i na naše potomky a období v druhé polovině tohoto století a podpořit naše zapojení do mezinárodního základního výzkumu v energetice. Navázat můžeme třeba na dobré tradice v oblasti výzkumu fúze či materiálových studií.

 

---

Poznámka

Článek je pátý 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 čtyři části byly věnovány možným cestám k nízkoemisní energetice, fotovoltaice, jaderným zdrojům a větrné energii.

 

Poděkování a disclaimer

Chtěl bych poděkovat všem členům Energetické komise AV ČR a dalším kolegům, kteří se energetikou zabývají, zvláště pak Hynku Beranovi, za diskuze a podněty. Pochopitelně i mezi námi je řada odlišných názorů a důrazů na různé aspekty.

Je třeba zdůraznit, že článek vyjadřuje názory autora a není oficiálním stanoviskem žádné instituce, se kterou je spojen.
Článek byl napsán pro  Osel.cz a OEnergetice.cz