Srovnání elektráren

Uhelné elektrárny mají na lidi i prostředí velké dopady, jsou ale nejstabilnější a v současnosti se bez nich neobejdeme

Česká vláda v říjnu schválila národní klimaticko-energetický plán. Podle toho má podíl obnovitelných zdrojů energie na celkové spotřebě do roku 2030 stoupnout ze současných 18 % na 30 %. Vláda také potvrdila odklon od uhlí do roku 2033. Aby zůstaly členské státy EU v souladu s celounijními dekarbonizačními cíli, musejí zásadně transformovat svůj energetický mix a udělat z „čistých“ zdrojů pilíře nové energetiky. To je i v souladu se závazky států, které se účastnily klimatické konference COP 28. Jaké výhody a nevýhody s sebou jednotlivé zdroje energie přinášejí, porovnává Evropa v datech na základě několika vybraných aspektů, jako jsou technické parametry nebo společenské a environmentální dopady. Fosilní zdroje, které se umisťují nejhůře ohledně produkce emisí, naopak představují snadno řiditelnou jistotu, podobně jako biomasa, která je ale extrémně náročná na spotřebu vody.

Výroba elektrické energie je podle studie z roku 2019 hlavní příčinou globálního nedostatku vody, přičemž obavy kolem těchto dopadů elektrické produkce rostou v oblasti obnovitelných i neobnovitelných zdrojů. Elektrárny potřebují vodu pro chlazení nebo přímo pro výrobu elektřiny. Příkladem jsou hydroelektrárny nebo jaderné elektrárny, kde je voda nezbytná k chlazení. Za spotřebovanou vodu se pak označuje ta, která se nevrátí do zdroje v důsledku odpařování nebo přeměny do produktů. Typy udržitelnějších zdrojů, na které se v některých scénářích spoléhá jako na cestu k bezemisní produkci elektřiny (např. biomasa se zachycováním a ukládáním uhlíku), jsou právě na vodu velmi náročné. V případě energie z biomasy je za významnou část spotřebované vody zodpovědná fáze pěstování plodin.

Metastudie z roku 2019 se zaměřila na povrchové sladkovodní zdroje, jako jsou jezera a řeky, a podzemní vody. Analýza pokrývá spotřebu napříč technologickým cyklem, což zahrnuje palivo, provoz a infrastrukturu elektrárny. Střední hodnoty spotřeby vody během cyklu dřevní a bylinné biomasy se podle studie pohybují kolem 85 tisíc litrů na megawatthodinu, což je o řády více než u jiných typů zdrojů energie. Naopak nejméně náročné jsou na spotřebu vody větrné elektrárny, u nichž se mediánová hodnota pohybuje kolem 43 litrů vody na vyprodukovanou megawatthodinu elektřiny. Dobře si vede také fotovoltaika.

Většina nízkoemisních technologií pochází z Číny

Z hlediska znečišťování ovzduší a při zohlednění výrobního a dodavatelského řetězce jsou na prvním místě uhelné elektrárny. Přestože množství vypuštěných emisí uhlíku od roku 2000 v rámci Evropské unie významně snížily, stále zůstávají i v roce 2022 s 364 megatunami emisí hlavním producentem. Větrné, solární a vodní elektrárny s jadernými elektrárnami po boku jsou téměř bezemisní.

Podle závěrů klimatické konference COP 28, které se účastní většina států světa včetně Česka, by do roku 2050 by měly být světové emise nulové. V tom budou hrát zásadní roli nízkoemisní či zelené technologie. Produkce solárních panelů, baterií i větrných elektráren se ale podle studie Asociace pro mezinárodní otázky odehrává především v Číně. Stejně tak Čína vede v přístupu ke kritickým surovinám nutným k výrobě technologií pro energetickou tranzici a dekarbonizace se tak odehrává v podstatě mimo náš dosah.

Pokud vezmeme v úvahu celý výrobní a dodavatelský řetězec včetně dopravy a logistiky, je těžké posoudit, který z obnovitelných zdrojů energie je nejvíce a který naopak nejméně „zelený”. „Vše je o nastavení kritérií, která chceme zohlednit,“ upozorňuje Martin Sedlák, programový ředitel ve Svazu moderní energetiky.

„Trendem posledních let je minimalizace negativních dopadů a zájem výrobců zelených technologií zajistit si svou spotřebu elektřiny z obnovitelných zdrojů,“ říká Sedlák. V případě solárních panelů v českých podmínkách se energetická návratnost – tedy doba, za kterou se vyrobí množství energie spotřebované pro samotnou výrobu technologie – pohybuje kolem jednoho až půldruhého roku. „Dalších až 39 let solární panely vyrábějí do plusu,“ podotýká Sedlák.

Podle ČEPS spotřeba elektřiny výrazně vzroste

Národní-klimaticko energetický plán navrhuje do roku 2030 zvýšit instalovaný výkon obnovitelných zdrojů na pětinásobek. Předpokládá také snížení poptávky po elektřině a odklon od uhlí. Podle predikcí provozovatele české přenosové soustavy ČEPS se má se má spotřeba elektřiny v budoucnu naopak výrazně zvýšit. Skupina Sev.en Česká energie, druhý největší producent elektřiny v ČR, konec uhlí v Česku nevidí jako samozřejmost. Podle Gabriely Sáričkové Benešové, mluvčí skupiny Sev.en Česká energie bude v Česku poptávka po elektřině z uhlí i za deset let, protože ještě stále nebude k dispozici dostatečná kapacita jiných řiditelných zdrojů, které by byly schopné pružně reagovat na aktuální poptávku po elektřině. Do té doby bude uhlí představovat nedílnou součást energetického mixu.

Právě ČEPS do budoucna nestraní žádnému zdroji, profiluje se jako technologicky neutrální. Zdroje, které chtějí být zapojené do trhu služeb výkonové rovnováhy (SVR), a tím pádem se podílet na řízení elektrizační soustavy, musejí být však pro tento účel certifikované. „Rozhodujícím kritériem pro poskytnutí služby je pak pouze cena nabídnutá na trhu SVR,“ uvádí mluvčí ČEPS Lukáš Hrabal.

Uhlí a jádro zajišťují stabilitu sítě

V současnosti jsou jediným stabilním a řiditelným domácím zdrojem právě uhelné elektrárny, ze kterých pochází více než třetina české energie. Slouží i jako záložní zdroje. Důležitou pozici fosilních paliv v rámci českého energetického mixu mohou podle energetické skupiny po odklonu od uhlí nahradit elektrárny poháněné zemním plynem, zdroje spalující biomasu nebo zařízení využívající odpad, nejde však o plnohodnotnou náhradu. „Obnovitelné zdroje energie mohou vzhledem ke své výrobě závislé na počasí nahradit pouze část spalovaného uhlí či plynu, nikoliv fosilní zdroje jako takové,“ dodává Sáričková Benešová.

Společnost ČEZ, která je největším výrobcem elektřiny v Česku, počítá s ukončením výroby elektřiny v uhelných elektrárnách dříve než v roce 2030. Podle mluvčího Skupiny ČEZ Ladislava Kříže se kvůli výši cen povolenek výroba energie v tomto typu elektráren už ekonomicky nevyplatí. V otázce energetického mixu půjde o to, co je do roku 2033 časově zvládnutelné. „V provozu zůstanou dvě jaderné elektrárny a vodní elektrárny, které však mají malý podíl na výrobě. Uhelné elektrárny budou nahrazeny obnovitelnými zdroji a dočasně plynovými elektrárnami. Pravděpodobně bude nutný i dovoz,“ shrnuje Kříž.

Stabilitu a flexibilitu může zajistit i tzv. přechodný zdroj, zemní plyn. „Evropská unie se k plynu přiklonila jako k environmentálně výhodnější náhradě uhlí. Po začátku války na Ukrajině se ale situace diametrálně změnila: levný plyn z Ruska je minulostí a Evropa spoléhá na vzdálenější zdroje, například zkapalněný plyn z USA,“ upozorňuje Kateřina Novotná, šéfredaktorka CSRD.cz. „Ukazují se ale i další mínusy. Těžba a spalování fosilního plynu je spojené s výraznými emisemi metanu. Z environmentálního hlediska může být pak lepší spalovat uhlí. EU proto v rámci strategie zelené transformace navrhla tzv. methanovou strategii EU, její finální podoba byla institucemi dojednána v polovině listopadu. Omezení emisí methanu do roku 2030 zmiňuje například i závěrečná deklarace z klimatické konference COP 28 z 13. prosince,“ dodává Novotná. Na druhou stranu jsou to právě fosilní zdroje, které jsou spojené s největšími ztrátami na životech.

V produkci elektřiny v Evropě vedlo v roce 2022 jádro

Podle údajů think tanku Ember přispěly v roce 2022 uvnitř Evropské unie největším podílem do celkového množství vyprodukované elektřiny obnovitelné zdroje energie jako celek. Podle Eurostatu z nich už v roce 2021 pocházelo téměř 38 procent elektřiny. Na druhé příčce je se čtvrtinovým podílem následovala elektřina vyrobená v jaderných elektrárnách a třetí místo s 20 procenty zaujaly elektrárny využívající zemní plyn nebo jiné průmyslové plyny. Uhelné elektrárny do energetického mixu v roce 2021 přispěly necelými 15 %, v Česku to bylo více než 40 %, jak jsme psali zde.

Evropská energetika zažila ve skladbě zdrojů od roku 2000 několik zvratů. Pozici produkčního premianta si až do roku 2012 držely jaderné elektrárny. V roce 2013 je předběhly elektrárny poháněné energií z obnovitelných zdrojů, kterým vedoucí pozice v průběhu let už zůstala. Do roku 2009 byly přitom produktivnější než obnovitelné zdroje kromě jádra také elektrárny založené na fosilních palivech jako je uhlí a plyn. Produkce elektřiny z fosilních zdrojů od roku 2015 stabilně klesala, obrat nastal v roce 2021, kdy opět vzrostla. Důvodem bylo zejména oživení globální ekonomiky po covidové pandemii, jak jsme psali v článku Budoucnost energetiky. Vládní podpora fosilních paliv napříč 51 zeměmi světa se v roce 2021 téměř zdvojnásobila na 697,2 miliardy amerických dolarů oproti 362,4 miliardám v roce 2020.

Mix uvnitř rodiny obnovitelných zdrojů za poslední dvě dekády také prošel znatelnou proměnou. Zatímco v roce 2000 poskytly nejvíce elektřiny vodní elektrárny s podílem 87 procent, v současnosti je co do produkce dominantním zdrojem energie vítr. Podle Eurostatu se v roce 2021 na vygenerované elektřině podílel z 35 %.

Největší instalovaný výkon je ve větrných elektrárnách

S celkovou produkcí energie těsně souvisí instalovaný výkon. Zatímco ten je v rámci EU instalovaný v největší míře ve formě větrných elektráren, nejvíce elektřiny v roce 2022 reálně vyprodukovaly jaderné elektrárny.

V roce 2000 byl největší výkon instalovaný v elektrárnách založených na spalovacích technologiích. Vítr byl na začátku milénia spíše zanedbatelným zdrojem, instalovaný výkon větrných elektráren se pohyboval okolo 2 %. Právě větrné elektrárny se solárními po boku se však v uplynulých dvou dekádách staly energetickými tygry.

V roce 2021 podle Eurostatu větrné elektrárny dosáhly v rámci EU podílu na instalovaném výkonu 19 % a fotovoltaika 16 %. „EU klade velký důraz na tzv. offshore wind — větrné farmy na moři s velkým instalovaným výkonem. V budoucnu z nich budeme těžit také,“ říká Kateřina Novotná. „V Česku jsou větrné elektrárny stále otloukánkem. Ministerstvo životního prostředí pracuje na seznamu akceleračních zón, kde by stavba větrníků měla být do budoucna administrativně jednodušší. Zásadní je ale odpor veřejnosti, pokud má větrník vyrůst v jejich okolí. Důležité je s lidmi vést dialog a vysvětlovat, proč nové zdroje potřebujeme,“ uzavírá Novotná.

Trend ve zvyšování instalovaného výkonu obnovitelných zdrojů potvrzuje také zpráva Mezinárodní agentury pro obnovitelnou energii (IRENA). V roce 2022 podle ní vzrostl celosvětově výkon instalovaný v obnovitelných zdrojích o 9,6 %. Z celkového nově instalovaného výkonu bylo dokonce 83 % ve formě obnovitelných zdrojů.

Energetická paleta v Česku se od evropského rozložení o poznání liší. V tuzemsku byl v roce 2022 podle serveru Energy Charts největší instalovaný výkon o hodnotě 7,16 gigawattů v elektrárnách poháněných hnědým uhlím; druhou příčku obsadily s 4 gigawatty jaderné elektrárny. Nejvýkonnějším obnovitelným zdrojem byly solární elektrárny s instalovaným výkonem kolem 2 gigawattů, jejich podíl na konečné produkci elektřiny se pohybuje kolem deseti procent, protože nejsou schopné vyrábět trvale.

Vodík nebo elektromobily jako naděje lepší řiditelnosti obnovitelných zdrojů

Kromě fosilních paliv se stabilitou a předvídatelností vyznačuje také bezemisní jaderná energetika, se kterou jsou sice spojené vysoké investiční náklady a dlouhá doba výstavby elektráren, provozní náklady jsou pak ale relativně nízké. Zásoby paliva se v případě jádra dají vytvářet roky dopředu. Naopak předvídat produkci obnovitelných zdrojů je složité. „Zvláště v zimě, kdy je slunečního svitu málo a nefouká, bude mít naše soustava problém, protože spotřeba elektřiny je až o 40 % vyšší než v létě. Částečně elektřinu skladovat zatím umíme na pár dní, ale ne z léta na zimu,“ uvádí mluvčí ČEZu Ladislav Kříž.

Navzdory rozvoji obnovitelných zdrojů je region střední Evropy v současnosti stále silně závislý na uhelných elektrárnách a v nejbližších letech ještě určitě bude.

Podle Martina Sedláka ze Svazu moderní energetiky se solární a větrné elektrárny v rámci EU sezónně vykrývají. V rámci letošního roku překonala kombinace solárních a větrných elektráren s 524 terawatthodinami jadernou produkci s 514 terawatthodinami. Biomasa a bioplynové stanice pak dodávají mixu obnovitelných zdrojů flexibilitu.

Mezi způsoby, jak se s horší řiditelností obnovitelných zdrojů energie vypořádat, patří produkce zeleného vodíku, nebo jiných plynů na bázi „power-to-gas“, jde ale zatím o velmi nákladná řešení. Další z možností je akumulace do teplé vody. Na úrovni okamžité regulace se prosazují bateriové systémy založené na lithiu nebo průtočné vanadové baterie. Možností efektivnějšího využití obnovitelných zdrojů je také agregace a flexibilita.

Rozvoj obnovitelných zdrojů přinese nové obchodní modely

Rozvoj solárních a větrných elektráren navíc nabídne spotřebitelům nové obchodní modely, do kterých se budou moci zapojit. Například baterie elektromobilů bude možné využít pro zpětné dodávky energie do sítě a naopak. „95 % času, po který je vlastníme, stojí osobní vozy bez užitku. Elektromobilita v kombinaci s nástupem obnovitelných zdrojů energie nabízí možnost kapitalizace vlastnictví vozu v rámci podpory sítí,“ doplňuje Sedlák.

Zásadním faktorem pak je, zda má Česko prostředky na vybudování potřebné infrastruktury pro akumulaci. Na některé projekty zahrnující plánování baterií jdou peníze z Modernizačního fondu. „Letošní studie Deloitte pro Svaz moderní energetiky potvrdila, že podpůrné programy jako Modernizační fond umožňují vybudování minimálně 1 000 megawattů baterií do roku 2030,” uvádí Sedlák.

Dále vznikají pilotní projekty elektrolyzérů v kombinaci s obnovitelnými zdroji. Zatím největší zařízení o výkonu 230 kilowattů stojí v rámci centrály skupiny Solar Global v Napajedlech na Zlínsku, ve fázi příprav jsou ale i zařízení s kapacitou v řádu megawattů. Do výstavby solárních parků na Mostecku investuje také Sev.en Česká energie, navíc uvažuje o podpoře projektu elektrolyzéru. Technologie je ale zatím velmi nákladná.