Jiří Svoboda a Jindřiška Svobodová: Oxid uhličitý - o jak „velký“ problém jde a jak ho (ne)řešit
Pokud se podíváme jen na část problému klimatické změny - na emise oxidu uhličitého (CO2) spalováním fosilních paliv, jde o běžnou každodenní činnost většiny obyvatel Země i běžný zdroj energie pro průmysl. Fosilním palivům v podstatě vděčíme za rozvoj naší současné civilizace. CO2 není považován za škodlivou látku, odjakživa byl, je a bude přirozenou součástí biosféry. Problém klimatické změny se týká pouze navyšování koncentrace CO2 nad bezpečnou mez ve společné atmosféře. A bohužel, ona bezpečná mez leží mnohem níže, než by odpovídalo vytěžení dostupných fosilních paliv. Pro omezování emisí CO2 se předpokládá, že miliardy lidí a většina firem změní stovky let zaběhnuté chování založené na pohodlném spalování fosilních paliv a přejde na něco méně pohodlného a dražšího – přijme alternativu úspor a využívání nefosilních zdrojů dříve, než fosilní paliva přirozeně dojdou. Toto je třeba prosadit a nastartovat v době, kdy klimatické změny jen nepatrně vystrkují své růžky a kdy těžařské a energetické společnosti vytvářejí díky spalování fosilních paliv astronomické zisky a jsou pevně provázány s vládnoucími politickými garniturami. Argument, že až se změna klimatu začne projevovat častými katastrofami, bude již pravděpodobně obtížně zvratitelná, není evidentně pro mnohé dost pádný.
Zkusme odhadnout, kolik peněz se může při řešení klimatické změny celosvětově rozhýbat. Vyjděme z rozdílu mezi scénáři emisí CO2, pokud by se neprováděla žádná opatření pro snižování emisí (Business As Usual) a pokud by se prováděla opatření v maximální ještě přijatelné míře. Rozdíl mezi scénáři ve světových emisích CO2 do roku 2050 lze odhadnout na 500 Gt, což je při ceně řekněme 40 dolarů za 1t CO2 finanční objem 20 bilionů dolarů (roční hrubý domácí produkt celého světa činí přibližně 70 bilionů dolarů). To rozhodně není částka, kterou by světový byznys propojený s mocnými politiky nechal ležet ladem. V tom je velká naděje, ale i vážné nebezpečí.
Existuje spousta způsobů jak na to
Emise CO2 lze snižovat různě efektivními způsoby. To můžeme ukázat na následujícím příkladu. Pokud se rozhodneme snižovat emise např. instalací fotovoltaické elektrárny na střeše svého domku, realizujeme úsporu 1t emisí CO2 za zhruba 400 dolarů. Pokud se rozhodneme investovat do větrné energie, realizujeme stejnou úsporu zhruba za 100 dolarů. Pokud si postavíme pasivní dům místo běžného domu, může nás jeho stavba sice stát o 10 % více, ale na úsporách za energii na vytápění se nám navýšení pořizovací ceny domu za dobu jeho životnosti několikrát vrátí - realizujeme tedy úsporu emisí CO2 prakticky zadarmo. A pokud si koupíme místo drahého auta s vysokou spotřebou levné úsporné auto, snížíme emise CO2 a ještě spoustu peněz ušetříme. Je tedy vidět, že vhodná změna chování lidí při zachování jejich komfortu může vést k výraznému snížení emisí, aniž by to cokoliv stálo. Naopak používání nevhodných opatření může vést k eskalaci nákladů na snižování emisí CO2, a pokud je podpora takových opatření nastavena nepřiměřeně vysoko, může z toho značně profitovat hrstka vyvolených, kteří se příležitosti chytili. Prostý rozum říká, dělejme jen ta opatření pro snižování emisí CO2, za které nemusíme platit nic navíc, a jen pokud to nebude stačit, realizujme ta další, v řadě nejlevnější.
Zde, bohužel, dnes často zůstává prostý rozum nad zvolenými přístupy stát. Například existuje řada studií dokazujících, že přimíchávání biosložek do pohonných hmot nikterak nepřispívá k celkové bilanci emisí CO2, pouze pohonné hmoty prodražuje. Přesto směrnice Evropské unie tvrdošíjně trvá na neustálém navyšování podílu biosložky a některé státy včetně ČR jdou i nad rámec této směrnice. Dále mnohé evropské země připustily obrovské investice do fotovoltaických elektráren a způsobily značný nárůst cen elektřiny. Ani v tom nezůstala ČR pozadu, přestože ji žádné závazné nařízení k tomu nenutilo, nespolehlivou fotovoltaickou elektřinu dnes vůbec nepotřebuje a za 10 let mohla tyto instalace pořídit mnohem levněji.
Na základě mnoha indicií je reálná politika, včetně té pro ochranu klimatu, pouze výslednicí lobistických a korupčních tlaků. Reálná politika lehce přemění původní cíl za záminku pro zisky úzké a vlivné skupiny lidí a plnění původního cíle tím dokáže zcela znehodnotit. Nepodaří-li se najít cestu, jak postup pro snižování emisí skleníkových plynů správně politicky a legislativně podchytit, existuje vážné nebezpečí, že lidé této planety vynaloží obrovské prostředky na ochranu klimatu, avšak k žádoucímu snižování emisí CO2 vůbec nedojde. Začnou se pak sice hledat konkrétní viníci, avšak chyba byla primárně v systému, který lehce umožnil prosadit drahá a neúčinná řešení, na kterých profitovala pouze úzká vlivná skupina „nevinných“ na úkor ostatních.
Strategie elektroenergetiky pro Evropu
Za podstatnou část emisí CO2 je zodpovědná výroba elektřiny. Většina zemí Evropy vyrábí elektřinu převážně spalováním fosilních paliv. Výjimku tvoří např. Rakousko využívající svůj vodní potenciál, Švýcarsko, profitující s hydro-jaderného mixu, či Francie, která pokrývá 80% své spotřeby elektřiny jadernými elektrárnami.
Od elektroenergetiky vyžadujeme, aby elektřina byla k dispozici v každý okamžik v potřebném množství. Technicky to znamená potřebu regulovaného výkonu. Elektrárny tvoří po Evropě poměrně pravidelnou síť se vzdáleností uzlových bodů v řádu stovek kilometrů, schopnou přenášet výkony řádově 1GW (zhruba výkon jedné elektrárny). Výpadek jedné či několika elektráren je pak řešen vzájemnou pomocí ostatních elektráren přes na tyto účely dostatečně dimenzovanou sít. Pro vyrovnání disproporce denního chodu výroby a spotřeby elektřiny jsou vybudovány akumulační elektrárny (např. přečerpávací vodní elektrárny). Denní chod lze vyrovnávat i řízením spotřeby používáním akumulačních spotřebičů či spotřebičů (praček, myček) s odloženým startem.
Pro radikální snížení emisí CO2 se nabízejí dvě základní krajní strategie. Nahradit postupně elektrárny spalující fosilní paliva jadernými elektrárnami nebo je nahradit zařízeními využívajícími obnovitelné zdroje. Obě krajní strategie si zkusme kriticky rozebrat.
Francie dokázala před více jak třiceti lety (během asi dvaceti let) kompletně přebudovat svou elektroenergetiku na jádro a dnes každý Francouz spotřebovává jednu z nejlevnějších elektřin v Evropě. Jaderný výzkum i průmysl se stále vyvíjejí a dnes jsou k dispozici reaktory mnohem bezpečnější, účinnější a s vyšší životností než tomu bylo před padesáti lety. V současné době by tedy zřejmě nebyl problém francouzský jaderný „zázrak“ zopakovat ve všech státech Evropy a komplexně vyřešit během třiceti let emise CO2 spojené s výrobou elektřiny jádrem. Jistě nelze přehlížet existenci černobylské katastrofy, ani ekologické zátěže při těžbě uranu, ani stále ne zcela uspokojivě vyřešené problémy s ukládáním či přepracováním vyhořelého paliva. Jaderná energetika však dává jistotu, že tato výroba bezemisní elektřiny nebude výrazně (pokud vůbec) dražší než z fosilních paliv, struktura elektrických sítí může být v podstatě zachována (nebudou se tudíž zvyšovat náklady na distribuci elektřiny) a zůstane, ne-li se zvýší, i bezpečnost dodávek. Zjevně lze tedy přechod Evropy na jádro považovat za prakticky beznákladový způsob významné redukce emisí CO2. V případě ČR by šlo o výstavbu dvou bloků v Temelíně, jednoho v Dukovanech a ještě jedné další jaderné elektrárny, to vše představující celkovou investici kolem 1 bilionu Kč (zhruba tolik utrží elektroenergetické společnosti od spotřebitelů v ČR za pět let).
Pro výrobu elektřiny máme v Evropě k dispozici tři významné obnovitelné zdroje – vodu, slunce a vítr. Biomasu mezi ně úmyslně nepočítáme, protože její hlavní úlohu vidíme při výrobě tepla na vytápění obydlí, samozřejmě nevylučujeme využití biomasy ke společné výrobě tepla a elektřiny (kogeneraci). Dnes jsou vedoucími zeměmi v užívání obnovitelných zdrojů k výrobě elektřiny Rakousko a Norsko (voda), Španělsko (slunce), Dánsko (vítr) a Německo (vítr+slunce). V podstatě lze konstatovat, že potenciál vody je již z velké části vyčerpán a nelze očekávat další výrazný nárůst v jeho využívání. Potenciály větru i slunce jsou naopak postačující pro úplné pokrytí spotřeby Evropy, značné problémy se však skrývají někde úplně jinde. Jsou to vlastní cena zařízení na výrobu elektřiny ze slunce a větru , problémy s odbytem elektřiny, jejíž množství je dáno stavem počasí, a zajištění bezpečnosti dodávek elektřiny.
Problémy s distribucí
Zkusme nahlédnout do zemí, které výrazně investovaly do využití slunce a větru. Španělsko svůj program dalšího využívání slunce pro výrobu elektřiny omezilo, protože dlouhodobě garantované výkupní ceny elektřiny (to je v Evropě obvyklý způsob podpory) z fotovoltaických elektráren již v roce 2009 elektřinu neúnosně zdražily a začaly způsobovat problémy v sociální oblasti i v konkurenceschopnosti průmyslu. Naštěstí výroba elektřiny velmi dobře koreluje se spotřebou elektřiny pro klimatizaci, problémy s odbytem tedy nejsou vážné. Dánské větrné elektrárny sice nevyrábějí elektřinu příliš draze, značné problémy jsou však s jejími přebytky v době, kdy na dánském pobřeží začne pořádně foukat. Pak nezbývá, než přebytky elektřiny rozvádět po polovině Evropy a žádat po evropských státech jejich odběr. I Německo pomalu prožívá vystřízlivění ze sluneční a větrné agonie, kdy si i bohatí a protijaderní Němci začínají stěžovat na vysoké účty za elektřinu (dnes platí Němci za 17 % elektřiny z větru a slunce více než za zbývajících 83 % elektřiny z klasických elektráren) a odbytové problémy dokonce srážejí cenu elektřiny na burze do záporných hodnot (několikrát do roka lze po krátký čas za spotřebu elektřiny dokonce dostat zaplaceno). Co bude, jestli Německo do roku 2020 svůj podíl elektřiny z větru a slunce zdvojnásobí a začne bez náhrady odstavovat své jaderné elektrárny, si netroufáme předpovídat.
Ceny zařízení pro výrobu elektřiny z obnovitelných zdrojů budou jistě nadále klesat, avšak nebude klesat cena práce na jejich instalace a údržbu, která bude s přibývajícím stářím zařízení stále náročnější, náhradní díly na stará zařízení budou těžko dostupné, bude třeba také přemýšlet o ekologické likvidaci doslouživších zařízení… Optimismus, že elektřina z větru a slunce bude stále zlevňovat, má tedy své meze a nemusí být zcela oprávněný.
Z hlediska bezpečnosti sítě a problémů s distribucí elektřiny se nespolehlivé dodávky elektřiny ze zařízení využívající slunce a vítr neprojeví, pokud nepřesáhnou jistý, poměrně nízký podíl (několika procent) v mixu zdrojů. Pak začnou problémy se zvyšujícím se podílem zařízení využívajících slunce a vítr strmě vzrůstat a dosáhly by značných rozměrů v případě jejich dominantního zastoupení. Vážnost situace se jasně projeví, pokud se nad střední Evropu v zimním období nasune stabilní rozsáhlá tlakové výše způsobující zamračené a mrazivé počasí bez výrazného větru po dobu několika týdnů. Průměrná výroba ze slunce a větru je pak v polovině Evropy sotva několik procent instalovaného špičkového výkonu. Také může být naopak ve velké části Evropy v létě několik týdnů větrno a slunečno. Je si třeba uvědomit, že průměrná výroba elektřiny ze slunce je zhruba jen 14 % instalovaného špičkového výkonu a z větru asi 20 %. Chceme-li tedy vyrábět například 30 % elektřiny ze slunce a větru musíme mít celkový instalovaný výkon těchto zařízení zhruba dvojnásobný oproti průměrné celkové spotřebě. Pak musíme za příznivých podmínek polovinu vyrobené elektřiny vyvážet (za předpokladu, že se všechny ostatní zdroje podaří odstavit) a za nepříznivých podmínek všechnu chybějící elektřinu vyrábět v záložních zdrojích nebo ji dovážet. Pokud by si takovou strategii zvolila většina států Evropy (nedej bože všechny) znamenalo by to prosíťovat Evropu nízkoztrátovými dálkovými vedeními aspoň desetinásobné dimenze než jsou nyní (citujme zde jen problém s vyvedením 2-3 GW z nových bloků Temelína na vzdálenost 140 km) a nahradit značnou část současných stabilních zdrojů operativně řízenými. Ovšem pozor, ta dálková vedení i operativně řízené zdroje by byly využívány jen nepatrnou část roku a představovaly by po většinu času „umrtvené“ investice.
Často se v souvislosti s výkyvy v síti setkáme s pojmem „inteligentní síť“. Ta by údajně měla řešit bezproblémové začlenění vyššího podílu zařízení vyrábějících elektřinu z větru a slunce. Taková síť jistě může motivovat výrobce i spotřebitele elektřiny k operativně řízené výrobě a spotřebě na základě dynamicky stanovované ceny elektřiny v rámci denního chodu. Inteligentní síť však vůbec neřeší několikatýdenní přebytky a nedostatky elektřiny na velkých plochách území neboť šance levně akumulovat elektřinu na několik týdnů je zatím mizivá (o tomto se ve studiích o inteligentních sítích mlčí). I kdybychom tedy měli extrémně levná zařízení na výrobu elektřiny z větru a slunce, zajistit jejich masivní začlenění do bezpečné sítě bude ekonomicky extrémně náročné. Dánsko ani Německo toto zatím tak drasticky nepociťují, protože okolní státy s nízkým podílem těchto zdrojů „ochotně“ odběru vypomáhají.
Závěr
Lze očekávat, že snaha nahradit elektrárny na fosilní paliva převážně zařízeními na výrobu elektřiny z větru a slunce povede pravděpodobně k podstatně menšímu snížení emisí CO2 za mnohonásobně vyšší cenu než v případě uplatnění celoevropského jaderného scénáře. Při navýšení podílu výroby elektřiny z větru a slunce od velkého množství dodavatelů nad určitou, nepříliš vysokou mez, může totiž velmi lehce dojít ke zhroucení celé distribuční sítě s následkem eskalace nákladů na zvýšení její bezpečnosti.
reklama
