Proč není 100% obnovitelné energie aktivistickou chimérou?

V prostředí přetrvávající velké české podpory jaderné energii poukazuji na to, že je drahá, dotovaná netransparentním způsobem, její výstavba se stále prodlužuje a jedinou schůdnou cestou je především větrná a sluneční energetika.

Na skutečnosti, že musíme opustit fosilní paliva, se asi s leckým shodneme, i když rychlost potřebné dekarbonizace je ohromující. Otázkou zůstává jak dál. V některých zemích zůstává rozpor mezi plně obnovitelným systémem nebo  jeho  kombinaci s jadernou výrobou elektřiny. Někteří autoři považují úplné zásobování obnovitelnou energií za doménu nereálně uvažujících zelených aktivistů.  

Je ale mnoho renomovaných vědců, institutů, univerzit a výzkumných pracovišť, které se úplným zásobováním obnovitelnou energií zabývají. V  práci T.W. Browna et al.  je citováno několik desítek různých scénářů zabývajících se modely úplného zásobování obnovitelnou energií, většinou v peer-to- peer časopisech.

V mnoha regionech průmyslových zemí, nalezneme 100% realizace, v minimálně v elektřině (Schleswig-Holstein, Burgenland, Lüchow - Danneberg, Hassfurt, Gaildorf, Samsoe, El Hierro a mnoho menších obcí) a iniciativy, které chtějí dosáhnout tohoto stavu během krátké doby, zde je jejich seznam. Německé projekty nevedou aktivisté, ale univerzita v Kasselu. Ve Velké Británii se k  cíli 100% obnovitelně zásobovaných měst přihlásilo celkem 90 lokálních politiků. Zde je seznam severoamerických iniciativ 100% nebo téměř 100% energetických řešení a plánů. Na světě bylo v roce 2017 přes 100 měst, která jsou zásobována z více jak 70% obnovitelnou energií, ve srovnání se 42 městy v roce 2015.

Vedle zmíněných iniciativ lze poukázat na mezinárodní konference o 100% obnovitelné energii, jejichž devátý ročník se bude letos konat v Istanbulu.

V ČR byl Větrnou společností stanoven technický potenciál větrné energetiky na 29 GW s výrobou 71 TWh a optimisticky realizovatelný 5,8 GW s ročním objemem vyrobené elektřiny 18,3 TWh. Podle Solární asociace je maximální potenciál fotovoltaiky v ČR 39 GW, s tím, že se počítá s lokalizací na budovách a brownfieldech, a s výrobou cca 34 TWh. Neuvažují se ale další aplikační prostory, jako parkoviště, vodní nádrže, dopravní infrastruktura a agrivoltaika, což by mohlo zvýšit instalovanou kapacitu i dvojnásobně. S těmito potenciály a dostatečnou akumulací není úplné obnovitelné zásobování ČR nemožné.

Celosvětový scénář Christiana Breyera et al. z LUT v kooperaci s EWG řeší  kompletní  obnovitelnou energetiku  ve všech rovinách spotřeby: v elektřině, teple, mobilitě a desalinaci. Základní zjištění plynoucí z této studie jsou následující - výchozí zdroje úplného zásobování energií jsou vítr a slunce, s malými dodatky vodní energie, bioenergie a geotermie. V každém regionu a v každé zemi je takové zásobování možné a výhodné. Scénáře pracují s různě proměnným charakterem počasí. Obnovitelný energetický systém je založený na elektřině, přičemž se počítá s nárůstem spotřeby ze současných 24.310 TWh na 48.800 TWh v roce 2050. Autoři předpokládají, že takto koncipovaný systém poskytne v roce 2050 nižší cenu (LCOE) elektrické energie 52 €/MWh, ve srovnání se současnou cenou 70 €/MWh a celosvětově poskytne práci 36 milionům osob, ve srovnání se současnými 19 miliony ve fosilně jaderném energetickém systému.

Jak se dalo očekávat, vyskytly se námitky (Hurt et al. 2017) na zpracování i na výsledky desítek 100% scénářů, především na nedostatečnost zpracování výroby a spotřeby elektřiny v hodinových krocích, i na to, že úplně obnovitelný systém by vyžadoval zcela jinou energetiku. Autoři (T.W. Brown et al. 2018) na kritiku odpověděli, že namítaná kritéria proveditelnosti jsou důležitá, ale nejsou kritická ani pro proveditelnost či životaschopnost modelů.   Konzervativní volba technologií, distribuovaná kapacita pro špičkové zatížení, rozšíření sítě i kompenzace doplňkových služeb, jsou nejen technicky řešitelné, ale náklady na ně jsou menší než na celkový systém. V důsledku toho dospěli autoři odpovědi k závěru, že scénáře o 100% obnovitelné energie nejsou jen proveditelné, ale také životaschopné.

Jádro je stále dražší a OZE levnější

Výstavba nových jaderných elektráren (JE) se potýká se dvěma zásadními problémy, s rostoucí cenou a dobou výstavby. Je zřetelné, že oba parametry spolu přímo souvisí, jak dokumentuje historie nových staveb v Evropě i v USA. EPR Olkiluoto, s elektrickým výkonem  1,6 GWe  se staví od května 2005. V roce 2002 se předpokládaly náklady ve výši 2,5 miliard €, což odpovídalo specifickým nákladům 1500 €/kWe. V roce 2012 byly stavební náklady odhadnuty na  5,7 miliard €   (Neles & Pistner 2012). Ke konci roku 2014 vyrostly celkové náklady na 8,5 miliard €. Pro francouzský EPR ve Flamanville dokonce na 10,5 miliard € (Schneider & Froggatt 2016).

Reaktory typu AP-1000 v elektrárně Vogtle, jejichž dva bloky, rovněž zpožděné se budují v USA  ve Georgii,  by měly stát  25 miliardy USD (Rod Walton), což představuje nejméně 10.000 USD/kWe a nárůst z původní ceny 6,1 miliardy USD o 310%. Reaktory v Jižní Karolíně čelí ještě vyššímu nárůstu ceny (Mark Cooper). V tomto článku je uvedeno dvanáct důvodů ekonomického kolapsu jaderné energetiky, které jsou rozděleny na  4  problémové okruhy - na straně výroby, spotřeby, integrace systému a na problémy se stárnutím reaktorů.

Na rozdíl od dotací do jádra se začne na východ od Berlína, v lokalitě Weesow-Willmersdorf,  stavět  175 MW solární park bez jakýchkoliv dotací.

Podle newyorského finančního ústavu Lazard poklesly ceny (LCOE) nedotovaného větru za posledních 9 let o 69%, ze 135 na 42 USD/MWh a u nedotované fotovoltaiky za stejné období o 88%, z 359 na 43 USD/MWh.  Pro akumulaci ve velkých průmyslových  lithiových bateriích před elektroměrem uvádí Lazard  cenu od  108 do 140 USD/MWh. Naopak pro jadernou energii se uvádí rozmezí od 112 do 189 USD/MWh. Marginální (provozní) náklady uhelné výroby (29- 56 USD/MWh) jsou na velmi podobné  jako celkové náklady pro vítr onshore (27 - 45 USD/MWh);  u fotovoltaiky je tento rozdíl o málo větší.  Cenové trendy budou pravděpodobně dále pokračovat v započatém směru, jak již v roce 2010 předpověděli  Blackburn a Cunningham.

Velmi zásadní návrh energetické budoucnosti přichází z Francie, současné ikony jaderné energetiky, s výrobou 71,6% elektřiny v JE. Podle studie ADEME (vládní Agentura pro  životní prostředí a energetický managament) by měly být náklady pro koncové spotřebitele nižší v případě vysokého procenta obnovitelných zdrojů.  Podle této agentury by Francie ušetřila 39 miliard euro, když by nestavěla 15 nových reaktorů, ale kdyby nahradila tuto výrobní kapacitu obnovitelnou energií. Celkové náklady na přestavbu na 95% obnovitelné energie by měly činit  1,28 bilionu euro  v příštích čtyřech desetiletích.

Mezinárodní asociace pro jadernou energii (IAEA) a jaderný průmysl předložily plán Harmony, v jehož rámci by chtěli dosáhnout  k roku 2050 25% světové výroby elektřiny, což by vyžadovalo 1000 GW nových jaderných bloků. Tento plán, jakkoliv jej můžeme považovat za nereálný, má, i kdyby se jej podařilo uskutečnit, jednu zásadní slabinu. 

Realizace tohoto záměru by totiž znamenala mnohem větší investice do energetiky, než v případě obnovitelných zdrojů, které by směrovaly obrovské veřejné i soukromé prostředky do jedné z nejdražších technologií výroby elektřiny. Následkem by bylo snížení investic do obnovitelné energetiky a tudíž pravděpodobně  nic menšího než celoplanetární kolaps, jak uvádí varování Mezinárodního panelu pro klimatickou změnu , autorů či blogů McPherson,  arctic-news,  study on climate collapse,  david attenborough,  the face of climate collapse resist hope a dalších.

Privilegia jaderných elektráren

Smlouva Euratom ve znění  z roku 2010 dovoluje členským státům uplatnit při stavbě JE různá privilegia a cenové úlevy; uvedeným důvodem je společenská prospěšnost jaderné energie. Podle III. dodatku lze vyvlastnit potřebný nemovitý majetek, nedošlo-li ke smíru, neplatit daně a poplatky za zařízení s výjimkou stavebního materiálu a administrativního vybavení či neplatit pozemkové dně. Rovněž neexistují žádná omezení pro pohyb potřebných osob z členských států.

Podle smlouvy Euratom jsou také možné výhodné finanční kredity. Frakce GUE/NGL z  EU parlamentu zadala studii o využití kreditů k jiným účelům, než k jakým byly schváleny. (Der Euratom-Vertrag zur Europaweiten Förderung der Atomenergie - Noch mehr Geld für noch mehr Risiko?)  dostupné  zde.  V roce 2004 bylo využito 223,5 milionu € kreditů, nikoliv pro zvýšení bezpečnosti stávajícího, ale pro výstavbu nového 2. bloku Cernavoda v Rumunsku. Ve druhém případě bulharské elektrárny Kozloduj byla analyzována bezpečnostní  opatření financovaná z Euratom kreditů. Následkem jejich špatné realizace se reaktor jen štěstím vyhnul roztavení jádra.

Tím ovšem podpora jaderné energetiky nekončí.  Pro nově stavěnou britskou elektrárnu Hinkley Point C byla, nakonec i Evropskou komisí, schválena zvýhodněná výkupní cena ve výši 92,50 GBP/MWh.  Cena se vztahuje k roku 2012, a nyní činí více jak 108 GBP/MWh, což reprezentuje téměř dvojnásobek současné ceny elektřiny na burze. Zvýhodněná cena se má platit po dobu 35 let a mohla by se snížit z prvotní výše na 89,5 GBP/MWh v případě stavby nové elektrárny Sizewell.  Rozhodnutí Evropské komise bylo zažalováno Rakouskem a Lucemburskem u soudního dvora EU, kvůli podezření na porušení pravidel jednotného trhu. V létě 2018 nižší soud EU rozhodl ve prospěch dotace s tím, že členský stát má právo deklarovat rozvoj jaderné energie jako cíl veřejného zájmu. 

Euratom je zastaralý dokument. Za společensky prospěšnou by měla být klasifikována  podpora obnovitelné energii.

Kompatibilita zdrojů

Jak bude pomalu regulovatelná výroba jaderné elektřiny kompatibilní s plánovanými podíly OZE v roce 2030 v Rakousku (100%) a v  Německu (65%)? Budou české JE schopny regulovat výpadky větru či slunce v Německu či Rakousku?  Pravděpodobně  jen ve výjimečných chvílích. Nebylo by v budoucnu racionálnější postavit na místě stávajících JE velkoobjemová úložiště, buď ve formě baterií nebo jednotek P2G, a využít zázemí a energetickou i další infrastrukturu?   Nebo využít slibné výsledky pilotního projektu německé DRL  o využití roztavených solí, které jsou vhodným mediem pro akumulaci tepla v rozmezí teplot 170 až 560°C. Projekt předpokládá využití akumulovaného tepla ve stávajících tepelných elektrárnách, které bude nezbytné v dohledné době z klimatických důvodů odstavit.  

Intermitence obnovitelných zdrojů

Velikým tématem oponentů obnovitelné energie je intermitence zdrojů, neboli nepravidelnost dodávky. Problém je ale řešitelný. Výkony větrných i slunečních zdrojů jsou ale poměrně přesně předvídatelné několik dní dopředu. Firma s 15 letou zkušeností  Solagis  poskytuje předpovědi slunečního výkonu až 10 dní dopředu. Prognózy jsou založeny na zpracování meteorologických výstupů z globálního modelu Numerical Weather Prediction a využívá satelitní data v reálném čase k předpovědi pohybu mraků v blízké budoucnosti. 

Rovněž existuje několik firem, které poskytují kvalitní předpovědi pro lokální větrnou elektrárnu či větrnou farmu. Zde můžete vidět 24 hodinovou předpověď větrného výkonu.  Německá firma  Ubimet nabízí předpovědi výkonu pro solární i větrné zdroje.

Na propad výkonu nestálých zdrojů se tedy lze s předstihem připravit, například mobilizací záložních zdrojů (přečerpávací elektrárny, baterie, syntetický zemní plyn, tepelná akumulace, biomasa, bioplyn či dovoz).

Dynamický energetický trh zásobovaný obnovitelnými zdroji nepotřebuje zajištění základní spotřeby (base load) pomocí velkých zdrojů, jak je tomu v současnosti.  Podle  Marka Diesendorfa z University of New South Wales  v Austrálii je představa nutnosti zajištění base loadu uhelnými  elektrárnami dinosaurem. Jeho tým provedl tisíce úspěšných  počítačových simulací, kdy porovnával data spotřeby z australského energetického trhu s potenciálem výroby z obnovitelných zdrojů založeným na údajích počasí ve stejnou chvíli. Obdobně říká Anthony Vassallo  z katedry Delta Electricity pro udržitelnou energii na univerzitě v Sydney, že smysl základního zatížení spočívá v tom, aby jistá část výroby energie mohla běžet nepřetržitě. V nočních hodinách obvykle neexistuje dostatečná spotřeba, a žádná  společnost by generátory nechtěla vypnout, protože by to stálo příliš mnoho peněz a energie, aby je znovu spustila.

Kapacitní faktory (procenta využití) větrné a sluneční energie jsou z podstaty jevů nižší než u fosilních nebo jaderných zdrojů, je však skutečností, že větrná a sluneční energie se sezónně do jisté míry vyrovnávají, a že dnů, kdy svítí a fouká málo, není mnoho a pokles není zásadní. V roce 2018 byla průměrná německá produkce obnovitelné elektřiny 40,3%, přičemž nejnižší denní podíl obnovitelné elektrické výroby dne 11.1. byl 15,5%, a byl rychle následován denními podíly 20,8 a 35%. V zmíněných statistikách za posledních pět let leží výroba ve dni s nejnižším podílem výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů za rok mezi 35 a 46%, vzhledem k  ročním průměrům.

S ohledem na stále se snižující ceny elektřiny generované z obnovitelných zdrojů by byl problém řešitelný zvýšenou instalací zdrojů, které budou v období nadbytku proudu využívat některou z P2X technologií (teplo, vodík, metan, pohonné hmoty) a tak zajistit úplné a bezpečné energetické zásobování převážně domácími zdroji.