Archiv pro rubriku: Energetika

Silné a slabé stránky Státní energetické koncepce z roku 2009

Prof. Ing. František HRDLIČKA, CSc.
ČVUT v Praze, Fakulta strojní

SEK pro příštích dvacet let a s výhledem do roku 2050 začala vznikat v období, které je  charakterizováno několika zásadními milníky, které nelze opomenout

  1. Druhou ropnou krizí, která srozumitelně ukázala, že ropa je komoditou s nejvyšší závislostí na okamžité politické situaci ve světě, a to jak v těženém objemu, tak v ceně
  2. Přerušením dodávky plynu dodavatelem smluvním partnerům, se kterými neměl žádné politické ani platební problémy. Toto přerušení demonstrovalo největší slabinu současného systému zásobování plynem, který je téměř výhradně závislý na dopravě
  3. Přijetím druhého evropského environmentálního energetického balíčku 20 -20 – 20 (20 % snížení emisí CO2 oproti dohodám z Kyota, 20 % podíl obnovitelných zdrojů na konečné spotřebě energie a 20 % úspor energie z konečné spotřeby)
  4. Přijetím evropských zásad strategického přístupu k energetice, který je založen na třech nedělitelných požadavcích: (i) bezpečnost dodávek (security), (ii) konkurenceschopnost  (competietiveness) cenově přijatelná pro průmysl a obyvatelstvo (affordable) a konkurenceschopnost v oblasti exportu a (iii) udržitelnost (sustainability) – udržitelnost dodávek v dlouhém časovém horizontu a přijatelnost pro životní prostředí.
  5. Skutečností, že uhlí vhodné pro teplárenské využití je vázáno na tři doly, které budou již ve střednědobém horizontu významně omezovat těžbu, pokud budou uplatňovány tzv. ekologické limity těžby uhlí, které byly vyhlášeny již téměř před 20 lety.
  6. Nutností nahradit dosavadní vysokou závislost výroby elektřiny na uhlí výrobou s výrazně nižší produkcí CO2, a to jak vzhledem k cílům Evropské unie, tak z důvodu vysokého restrikčního postihování emisí CO2 – přechod stanovování platby za emise (tzv. povolenky) z pevných cen na burzovní systém s předpokladem významného zdražení těchto povolenek.

Na všechny výše uvedené skutečnosti komplexně upozornila ve své závěrečné zprávě vládou jmenovaná osmičlenná „Nezávislá energetická komise“  a vláda premiéra Topolánka tuto zprávu akceptovala.

Příprava nové SEK byla proto výrazně složitější než tomu bylo u všech předcházejících, ačkoliv současná energetika funguje zdánlivě spolehlivě a bezproblémově – na rozdíl od mnoha z ostatních  evropských partnerů.

Současnou pomyslnou startovní čáru české energetiky lze zjednodušeně charakterizovat takto:

Dlouhodobě stabilní situace ČR v zásobování elektřinou a 50 % podílem centralizované výroby tepla z celkové výroby tepla v posledních 15 letech byla dána dvěma faktory:

  • významně předimenzovaným, ale současně velmi spolehlivým instalovaným výkonem parních elektráren a tepláren na uhlí, spolehlivým provozem jaderného zdroje Dukovany, vhodně doplněným regulačním výkonem v teplárnách a špičkovým v průtočných a přečerpávacích vodních elektrárnách. Tyto spolehlivé akvizice byly pořízeny před 30 až 40 lety a tedy s parametry a účinnostmi tomu období odpovídajícímu
  • dobře voleným palivovým mixem, založeným na využití domácích zdrojů primární energie

V současné době však stojí energetika ČR na významném mezníku, protože ve střednědobém horizontu se bude  snižovat těžba hnědého i černého energetického uhlí, které je základním palivem   pro výrobu 64 % elektrické energie a více než 50 % tepla pro domácnosti (obr.1).

Obr. 1

V České republice byla koncepce energetiky spojována především s výrobou elektřiny. Tato teze platila téměř 60 let. Přesto se náhle na počátku 3. tisíciletí objevují „kvalifikované“ a dokonce zdánlivě i podložené názory, že spotřeba elektřiny se nebude zvyšovat, respektive jenom zcela nepatrně. Tyto názory se „opírají“ o vysoký export naší elektřiny do sousedních zemí. Nerespektují ani historické důvody vzniku exportního potenciálu v elektřině, ani skutečné potřeby České republiky v budoucnosti. SEK je proto logicky uváděna dosavadním historickým vývojem spotřeby elektřiny a z něho odvozeným pravděpodobným vývojem (obr.2) :

Obr. 2

Předpokládaný vývoj palivového mixu, tak jaký je  v současné době a jak by se měl dále vyvíjet, ukazuje následující obrázek 3 :

Další obrázek se týká dosavadního skutečného stavu spotřeby primárních paliv a umožňuje lépe kvalifikovat budoucí predikovaný vývoj – obr.4 :

Velmi stručná charakteristika minulého i budoucího vývoje vypadá takto:

  • v posledních deseti letech došlo k nárůstu spotřeby primárních paliv, a to zejména po roce 2002.  Lze téměř jednoznačně přiřadit nárůstu spotřeby kapalných paliv v dopravě a nárůstu vývozu elektřiny
  • predikce vývoje je přibližná stagnace spotřeby primárních paliv do roku 2030 a to při výrazné změně podílu jednotlivých paliv a s předpokladem ukončení vývozu elektřiny z ČR
  • z předchozích závěrů lze usoudit na zvyšování domácí spotřeby elektrické energie, což by se mělo výrazně projevit na struktuře tzv. konečné spotřeby energie i na vývoji této konečné spotřeby
  • SEK předpokládá již v příštích 10 ti letech významné snížení podílu uhlí a jeho náhradu zemním plynem a obnovitelnými zdroji
  • SEK předpokládá stabilizaci vývoje energetiky kolem roku 2015 spuštěním nového jaderného zdroje

Výše uvedené předpoklady SEK jsou logicky postaveny na tom, že bude přiměřeně dlouhé přechodové období, kdy ještě bude relativní dostatek uhlí a „pouze“ energie, která nebude pokryta nárůstem domácích obnovitelných zdrojů, bude kryta zvýšeným importem zemního plynu.

Tyto předpoklady mají dvě zcela zřetelné slabiny:

  • budou skutečně obnovitelné zdroje schopny předpokládaného nárůstu krytí potřeb primárních paliv?
  • bude skutečně uveden do roku 2015 do provozu nový jaderný zdroj?

Na druhou otázku zatím neumí odpovědět nikdo, k první otázce se následně vrátím.

Co je to konečná spotřeba energie. V České republice je tato spotřeba dlouhodobě metodicky sledována a má následující známý průběh v minulých letech (obr.5) :

Obr. 5

Rozdíl mezi spotřebou primárních paliv a konečnou spotřebou jsou primární paliva, která byla spotřebována na výrobu elektrické energie. Elektrická energie je totiž v konečné spotřebě uvedena již bez ztrát na její opatřování.

Správné posuzování energetické náročnosti je proto závislé nejen na tom, zda máme větší nebo menší spotřebu na jednotku HDP (hrubý domácí produkt), ale také na tom, jak se vyvíjí poměr mezi konečnou spotřebou energie (KSE) a spotřebou primárních paliv (PEZ). Následující obr. 6  ukazuje právě vývoj obvyklých ukazatelů energetické náročnosti hospodářství (kWh/Kč nebo MJ/Kč), ale současně také výše zmíněný poměr  KSE/PEZ. Hodnoty ekonomických ukazatelů náročnosti od roku 2003 s rostoucí ekonomikou klesají, avšak poměr KSE/PEZ se prakticky nemění. Výklad tohoto konstantního poměru je velmi nepříznivý – energetická efektivnost užití primární energie se nezlepšila, respektive zůstala stejná účinnost rozhodují energetické transformace primární energie na elektrickou energii.

Tento ukazatel je tím zásadním pro budoucí naprosto nezbytné úspory primární energie, které budou hrát zásadní roli v celkové energetické bilanci i v bezpečnosti a konkurenceschopnosti české energetiky. Ve stávajícím návrhu SEK je tento kvalitativní pohled na energetiku skryt v analýze odvětvové spotřeby a obecně není v analytické části SEK zmíněn (obr.6).

Obr. 6

Zcela samostatnou kapitolou z hlediska provedené analýzy i předkládaného koncepčního řešení je v navrhované SEK teplárenství. Předpokládaný vývoj dle dosavadní verze SEK je na následujícím obrázku 7:

Obr. 7

Obr. 8

Zásadním nedostatkem návrhu je to, že se zabývá jenom polovinou konečné spotřeby tepla, tzn. velkým teplárenstvím. V individuálním a „malém“ centrálním zásobování teplem (blokové výtopny a výtopny malých podniků) je stále významný podíl uhlí jako paliva a SEK pro tento segment nemá prioritní způsob řešení pro budoucnost. Podíly paliv na celkové spotřebě tepla je na obr. 8 a v domácnostech  na obr.9:

Obr. 9

Dosavadní návrh SEK pro výrobu tepla navíc vyvolává dvě zásadní otázky :

  • SEK předpokládá dostatek uhlí pro velké teplárny a ten velmi pravděpodobně nebude
  • SEK předpokládá významný nárůst OZE (obnovitelných zdrojů energie) ve výrobě tepla, ale současně také ve výrobě kapalných biopaliv. Je dostatek prostoru v zemědělství a lesnictví pro takový nárůst při klasických periodických problémech se světovou produkcí potravin a začínajícím nedostatku dřevní hmoty pro klasické dřevařské i další zpracovatelské výroby?

Problém českého hnědého uhlí a tzv. ekologických limitů jeho těžby:

Již na počátku 90. let byly stanoveny tzv. ekologické limity těžby hnědého uhlí. Byly však stanoveny s ohledem na předpokládaný objem těžby hnědého uhlí do cca 47 mil. t/rok. Těžba však spolu s vývozem elektrické energie vzrostla o cca 5 % nad předpokládaný horní limit. Výsledkem je zkrácení životnosti některých dolů, a to zejména těch, které zásobují české teplárny (obr.10).

Obr. 10

Těžba do územních ekologických limitů a za tzv. limity je uvedena na obr.11.

Obr. 11

Doly s těžbou za limity jsou označeny žlutě a červeně. Z uvedeného je zřejmé, že zejména uhlí z dolu ČSA opravdu bude limitovat české teplárenství. Důl Bílina je sice zdánlivě od limitů těžby daleko, váže však na jeho zásoby nový elektrárenský blok 660 MW, pro který musí být na nejméně 35 let dostatek uhlí.

Z obrázku je zřejmé, že zdroje paliv pro české teplárenství budou muset být upřesněny. Nejde jenom o palivo. Jde i o úpravy a rekonstrukce stávajících velkých teplárenských zdrojů, protože za 3 roky začnou platit také výrazně přísnější limity na emise znečišťujících látek a na ně musí být zdroje rekonstruovány. Změní-li se palivo a k tomu přibydou i vysoké investice, dojde k zásadní změně ceny tepla směrem nahoru, a to v desítkách až stovkách procent. Navíc bude chybět uhlí pro cca 400 tisíc domácností, které uhlím topí v lokálních topeništích a alternativa pro tyto domácnosti není ve strategickém plánu státu.

Obnovitelné zdroje energie

SEK počítá s nárůstem všech obnovitelných zdrojů ze současných cca 90 PJ na přibližně 230 PJ v roce 2030, jak ukazuje obr. 12. Z předpokládaného nárůstu OZE o 140 PJ je alokováno cca 65 PJ pro elektřinu a 35 PJ pro CZT (velké teplárenské zdroje).  Dalších 20 PJ má být vyrobeno biopaliv a stále není pokryto 30 PJ v uhlí pro domácnosti. Již jenom prostý součet segmentů, které by měly být pokryty z OZE je větší než optimistické varianty rozvoje obnovitelných zdrojů. A to nehovořím o tom, že v bilanci na obr. 10 byla uvažována pro výrobu tepla i odpadní biomasa z výroby metylesteru z řepkového oleje, který se však využívá jako krmivo.

Dále je již dnes velmi pravděpodobné, že pro teplárenství nebude k dispozici předpokládané množství uhlí a bude muset být nahrazeno palivem jiným, např. zemním plynem. A  zemní plyn je dnes již považován za palivo, které je z bezpečnostního hlediska nejsnáze zranitelné.

Obr. 12

Pro skutečné bilance možností biomasy je třeba sáhnout do bilancí disponibilní půdy. Dále je uvedena bilance (obr.13), která sice zahrnuje i potravinovou bezpečnost, ale není v ní zahrnuta aktualizace skutečné výměry disponibilní orné půdy. Mám na mysli snížení výměry orné půdy vynětím pro všechny druhy výstavby, které jsou velmi značné, ale pravděpodobně v žádné státní bilanci nesumarizované.

Obr. 13

Na základě obrovského nárůstu instalovaného výkonu  fotovoltaických elektráren by se mohla jevit bilance OZE příznivější. Avšak právě fotovoltaika je odvětví OZE s vůbec nejnižším využitím instalovaného výkonu. Porovnání klasických, jaderných a obnovitelných zdrojů z hlediska využití instalovaného výkonu v tzv. základním provozu je na obr.14.

Obr. 14

Z tabulky je zřejmé, že oněch cca 2000 MW instalovaných fotovoltaických panelů vyrobí za rok pouhé 2 TWh elektrické energie a ČR oněch TWh potřebuje 60. Výkonově stejný jaderný zdroj by oněch potřebných TWh vyrobil 12. Již z tohoto velmi jednoduchého porovnání dvou krajních pólů výroby elektrické energie je zřejmé, proč je elektřina z fotovoltaických elektráren tak drahá.

Vláda České republiky srozumitelně sdělila, že za této vlády se o územních ekologických limitech těžby uhlí nebude pochybovat. Přesto je třeba položit otázku:

Je možné sestavit přijatelnou SEK bez jistoty otevření územních ekologických limitů těžby uhlí?

Domnívám se, že odpověď na tuto otázku může být kladná. Nemůže však jít jenom o přepočítávání poměrů primárních paliv v bilanci. Je téměř nezbytné při sestavování této koncepce respektovat několik následujících zásad :

  • Provést důkladnou technicko ekonomickou analýzu dlouhodobé využitelnosti biomasy pro KVET (kombinovaná výroba elektřiny a tepla) při zachování potravinové bezpečnosti
  • Provést důkladnou technicko ekonomickou analýzu dlouhodobé využitelnosti všech ostatních obnovitelných zdrojů
  • Srozumitelně z úrovně státu definovat přijatelný palivový mix pro teplárenství
  • Odložení platnosti „nových emisních limitů“ pro čistě teplárenské zdroje o příkonu nad 100 MW min. o 3 roky s podmínkou smluvně sjednané rekonstrukce zdroje

Zařazení zdrojů na výrobu tepla v rozmezí 5 MW výkonu až 100 MW příkonu  do  SEK