Jiří Kovalovský: Cena za fotovoltaiku a vítr

Elektrické vedení

Licence | Všechna práva vyhrazena. Další šíření je možné jen se souhlasem autora

Foto | Lisa S. / Shutterstock

Fotovoltaika střechy domů: 160-267 USD & solární parky: 36-46 USD
Větrníky: 29-92 USD
Atomové elektrárny: 112-189 USD
Uhelné elektrárny: 60-143 USD & plynové elektrárny: 41-206 USD
(report je veřejně dostupný, s omezeným použitím, viz strana 2)

Případ uzavřen, prostě nám stačí nasadit co nejvíce f&v a je to. Znečištění prostředí a klimatická změna vyřešené, vše je krásné, můžeme kráčet ke světlým zítřkům... Poněkud nepříjemné je, že k nim budeme kráčet, pouze když dostatečně svítí slunce a fouká vítr. Tyto všude uváděné ceny totiž neobsahují zálohu – ať už jiný zdroj jako elektrárnu na zemní plyn/uhlí nebo způsob dočasného uložení energie, typicky baterie nebo přečerpávací hydro (dále obecně „záloha“). Lazard nám nabízí i analýzu k záloze přes baterie, rozpětí v USD/MWh je obrovské dle pozice a role v síti, pro lithium iontové baterie je to 108-1152 USD (detaily viz strana 11).

Jinými slovy – samotné f&v mohou být třeba zadarmo, ale přemostění i pouhých několika hodin noci je dražší než skoro libovolný „klasický“ zdroj.

Žijeme v komplexním světě s mnoha souvislostmi a pár grafů zdaleka nepostihuje složitost problému. Nicméně zkusme uvidět alespoň základní obrys. Zde je letošní (2019) lednová statistika německých zdrojů elektřiny (zdaleka není nejhorší, počasí bylo příznivé).

Výše linkovaný web jsou real time i historická data k Energiewende (resp. německé energetické soustavě), doporučuji pohled na téměř jakýkoli zimní měsíc. Je zřejmé, že jsou chvíle, kdy kombinace f&v dodává skoro vše, co je potřeba (a občas dodává i více) a také jsou chvíle, respektive celé dny, kdy kombinace f&v dodává mizivý zlomek.

Zde máme vysvětlení optimistických statistik typu „Německo vyváží hodně energie“ a „f&v produkují velmi levnou elektřinu“. První je pravda, často má přebytek. A často má také nedostatek a naopak dováží. Druhé je obdobně pravda, když f&v fungují, je cena nízká, někdy i záporná. Když nefungují, je cena nekonečno.

Časový úsek „nefungují“ nemá žádné omezení. Může to být jen přes tichou noc, ale také dny, týden, dva týdny... K tomuto lze napsat mnohé, souvislosti jsou spletité, ale pokud záměr byl omezit produkci CO2,, tak celkový výsledek německé Energiewende za 20 let je následující (více například zde):

Pokud vám přijde, že výsledek jsou zhruba stejné emise CO2 jako před tím, tak je to správné pozorování.

Energiewende stojí zhruba 100 miliard Euro na 10 let, dle toho, co počítáte, můžete dojít i k pětinásobku. Tedy řekněme konzervativně, utraceno 200 miliard Euro. Jestli to dál bude lepší – těžko. Nefosilní záloha v německé síti téměř neexistuje (resp., záloha se jmenuje mj. Francie a Česká Republika). Kritickou nutností pro Energiewende je SuedLink, tedy propojení severu (kde jsou větrné elektrárny) a jihu. Situace je tato (do této chvíle [srpen 2019] z 700 km HVDC vedení není nic). Energiewende spoléhá hlavně na expanzi větrníků – a už teď je problém, co se starými větrníky. Nové se staví méně. Čím dál více sílí uvědomění, jak větrníky škodí přírodě. Sada environmentálních problémů fotovoltaiky není zásadně lepší (toxický odpad, obrovská plocha, nároky na materiály atd). Všechny linky v tomto odstavci jsou z Deutsche Welle, tak oficiální medium jak to je možné. V tomto článku je fascinující hlasování, viz níže. Jde o mainstreamové německé médium.

Situace v Kalifornii (s obdobným důrazem na f&v) jakož i jinde je obdobná.

Toto vše nemá být obhajoba fosilních paliv. Naopak, už jen 4.2 milionů mrtvých každý rok kvůli znečištění vzduchu spalinami fosilních paliv je dostatečný důvod, proč od nich ustoupit. Nemluvě o masivním environmentálním dopadu při těžbě a toxickém popílku plném olova, kadmia, rtuti, arzénu – které se navíc nikdy nerozpadnou.

Co se týče „obnovitelných“ zdrojů, fotovoltaické panely a větrníky jdou po 20-30 letech na skládku. Část je toxický odpad (včetně kadmia a olova), část je fiber glass kompozit, část je beton, který teoreticky můžeme rozemlít a použít jako agregát do dalšího betonu. Není mi zřejmé, proč je toto bráno jako „obnovitelné“. Obdobně mi není zřejmé, jakým přínosem pro přírodu má být nespolehlivý zdroj vyžadující dílem zálohu, dílem neporovnatelně větší plochu, dílem mnohonásobně vyšší materiální vstupy.

Takže co dál? Do jeskyně? Sice potenciálně potkáme mnohá zajímavá stvoření, jako je slepý střevlík A. hitleri, ale faktem je, že toto málokdo chce. V naší bohaté Evropě si ještě můžeme dovolit experimentovat s f&v. Zato lidští obyvatelé „třetího světa” chtějí, a oprávněně, alespoň část komfortu západního života. K tomu je potřeba energie. Postaví si pole větrníků nebo solar park? Těžko, jsou si vědomi, že by si k tomu museli postavit taky záložní uhelnou/plynovou elektrárnu, takže si postaví jenom ji. A nebo se zamyslí nad hezkým údolím v některém ze svých národních parků... a udělají v něm přehradu s hydroelektrárnou. Přehradu tam, kde před tím žili Tapanuli orangutani, Irrawadi delfíni v Mekongu, černí nosorožci v Selous, jaguáři v Belo Monte... A všichni další, kteří žijí tam, kde bude další mamutí hydroelektrárna, protože se bohužel část lidstva rozhodla zavrhnout ten nejvíce přírodě přátelský zdroj co máme – atom.

Pro kontext a porovnání, například obrovská Asuanská přehrada v Egyptě má instalovaný výkon 2 100 MW a roční produkce je zhruba 10 000 GWh. Náš Temelín má 2 000 MW a za rok vyprodukuje zhruba 16 000 GWh. To, kvůli čemu vymřou Tapanuli orangutani , má mít instalovaný výkon 510 MW. To je polovina jednoho Temelínského reaktoru. I obrovské Belo Monte reálně za rok vyprodukuje něco přes dvojnásobek Temelína. Dopad jednoho je zaplavení 500 km2 pralesa a masivní poškození ekosystému celého amazonského Xingu povodí. Dopad druhého je stabilní a levná energie s minimálním environmentálním footprintem plus naštvaná část Rakouských aktivistů.

Už jen těch 200 miliard Euro v Německu mohlo obrovským dílem přispět k ochraně a rozšíření současných pralesů, výsadbě nových lesů (pokud možno nikoli pouze monokultur bez biodiverzity) a také reálné energetické odpovědi – rozvoji nové generace atomových reaktorů.

Z pohledu CO2, je reálné porovnání zde – červená klikatice je, kolik CO2 na jednotku elektrické energie vypouští Německo. Zelená žížala, plazící se dole, patří Francii (a tedy jaderné energetice).

Je zde i další rozměr – toto jsou celkové energetické zdroje jaké lidstvo využívá, tedy včetně transportu a topení/chlazení:

Pokud hledáte f&v tak je to ta tmavě zelená nitka úplně nahoře.

Zoufalství? Beznaděj? Uhlí a ropa je nakonec fajn?

Nikoli, atom. Včetně atomovými elektrárnami produkovaného tepla a syntézy vodíku/metanu.

Zdroj milionkrát vyšší energetické hustoty než současná paliva:

Licence | Některá práva vyhrazena

Zdroj | xkcd

Zdroj, pro který máme již v tuto chvíli vytěženo paliva dostačujího na tisíce let současné civilizace (v breeder reaktorech plně využité thorium nacházející se v haldách po těžbě rare earths kovů). Navíc, v mořské vodě je uranu dost na celou dobu budoucí existence planety Země & energetickou spotřebu lidské globální civilizace.

Zdroj, u něhož jsme se zatím rozhodli využít mizivý zlomek, zhruba 3,5 % po 3 letech – upozorňuji na popis svislé osy, celý další „zbytek“ je nevyužitý uran U238. Též článek zde.

Toto samo o sobě je fascinující záležitost – v principu ekonomická volba (plus několik design rozhodnutí jaké mít reaktory, palivo a v jaké podobě). Uran je prostě natolik levný, že se reprocessing nevyplatí (ani zásadně jiný design palivových souborů). „Vyhořelé palivo“ je cenná surovina a bylo by šílenstvím se ho snažit někde zahrabat. Ad jak získat z U238 štěpitelný materiál – zde.

Červená sekce na obrázku (viz výše) je plutonium (případně další transurany) – což je skvělé palivo. A je to taky to jediné (vedle U235), co je tam dlouho radioaktivní. Jakmile vzniklé transurany využijeme, budou samotné štěpné produkty po zhruba 300 letech radioaktivní tak jako běžné pozadí.

To 300 je skutečně tři sta. Ne tisíc. Prostě tři sta. Navíc aktivita exponenciálně klesá.

Ad dopad radioaktivity - pokud se bojíte radiace, tak nejezte banány, nevyskytujte se v blízkosti jiných lidi a už vůbec nelétejte letadlem. Všechen život na Zemi se vyvinul v radiačním pozadí a je mu přizpůsoben, stejně jako dalším agresivním vlivům v životním prostředí - například kyslíku. Téma je to složité a dlouhé, v principu dopad ionizujícího záření (radiace) je podobný jako oxidativní stres. Pokud se mu někdo chce vyhnout, tak to jde těžko, mj. by se musel přestat hýbat (a jíst běžnou stravu). Zemřít můžete na oboje a oboje si žádá respekt.

Mezi nadcházejícími a klasickými reaktory je rozdíl asi jako mezi mainframe sálovým počítačem vyplňujícím celou místnost a moderním notebookem. Nebo automobily z počátku 20. století a těmi současnými. Variant je více, shrnující přehled je zde.

Dále konkrétně o MSR, Molten Salt Reaktorech (reaktory s roztavenými solemi). I uvnitř nich je mnoho různých možností, fast/thermal spektrum, složení soli, chloridy/fluoridy, breeder/burner, uranový/thoriový cyklus...

Začínáme novou nukleární renezanci - aneb The U.S. Department of Energy (DOE) is all in on new nuclear energy. Za dva poslední roky: Nuclear Energy Leadership Act (NELA) & Nuclear Energy Innovation and Modernization Act (NEIMA). Další podpora pro pokročilé reaktory – zde.

Nejen USA - Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), United Nations, International Energy Agency (IEA), včetně varování před zavíráním reaktorů na západě, Union of Concerned Scientists (UCS), World Energy Council (WEC). Včetně analýz z nejlepších univerzit jako je MIT (dále zde a detaily zde). Za velké postavy filantropie například Bill Gates zde a zde.

A Čína? Toto je oficiální video (s anglickými titulky) k čínskému Molten Salt Reaktor programu T-SMR. Vřele doporučuji, zachycuje i environmentální nutnost nové generace jaderných reaktorů s důrazem na Molten Salt Reaktory.

Není vše jenom na papíře? Předně – 1965 až 1969 byl v provozu Molten Salt Reaktor v americkém ORNL. Realný provoz, reálná data, všestranný úspěch. Důvod, proč bylo nakonec politické rozhodnutí ve vývoji nepokračovat spočívá dílem v tom, že se v něm výrazně hůře produkuje plutonium pro jaderné zbraně a dílem, že přece existující reaktory stačí a není potřeba nic lepšího, že.. Nakonec o data projevila zájem Čína a všechna dostala – tak začal výše zmíněný T-SMR program.

V tuto chvíli existuje již několik společností od startupů po větší korporace s MSR programem. Dále o jedné konkrétní, protože je nejdále - ThorCon. Původně americká společnost, ve výsledku v Indonézii. Podpora a schválení od vlády a regulátora? Ano. Podpora od velkého privátního kapitálu? Ano. Existující technologie a reálný škálovatelný plán nasazení? Ano. Vše viz zde. Přehledný článek je tady a tady a prezentace z konference ThEC2018 je zde.

V čem že je ten principiální rozdíl?

Palivo i primární okruh je roztavená sůl pod normálním atmosférickým tlakem. To je nezměrně důležité, přes 100 atmosfér v klasické jaderné elektrárně je hlavní důvod proč je známe jako obrovskou drahou stavbu. Dále, ThorCon MSR je malý modulární, s materiály ověřenými již v zmíněném ORNL. Reaktor má extrémní pasivní bezpečnost. Neexistuje sekvence kroků, jimiž by bylo možné dojít k nukleární havárii s nekontrolovanou řetězovou reakcí (a nebo parní explozi). Když prostě naráz ztratíme veškeré chlazení, veškerou energii, reaktor se samovolně vypne. Jde o čistě fyzikální proces bez lidského zásahu. I kdyby operátor velmi chtěl, tak takovouto havárii způsobit nemůže. Další pojistka je freeze plug – jednoduše řečeno je reaktor nádoba s roztavenou solí. Na dně té nádoby je díra a trubka do dalšího prostoru. Tato trubka je aktivně chlazena (energií produkovanou samotným reaktorem) a je v ní tedy ztuhlá sůl. Jakmile dojde ke ztrátě energie/odvodu tepla, zátka se samovolně roztaví a sůl z reaktoru vyteče do zásobníku, který ještě lépe odvádí teplo a je ještě dále od kritické konfigurace. Pokud se sůl v reaktoru přehřeje, reaktivita klesne, klesne výkon, ochladí se – opět je vše čistě pasivní děj. I když do tohoto reaktoru narazí velké letadlo, k výbuchu nedojde. Fyzikálně a chemicky nemá co vybuchnout a konfigurace je bezpečně podkritická.

Kolik že to stojí? Určite to je hrozně drahé!

Není. Protože toto. Zkráceně - jednorázová výroba velkého celku je drahá, sériová výroba modulárních části je levná. Linkovaný reálný příklad je obrovský tanker VLCC třídy vs. US Navy LPD loď. Tedy – klíčová je sériová výroba v loděnicích.

Více informací o celém designu, bezpečnosti, výrobě, ekonomice a nákladech a palivu je pod odkazy. A ano, elektřina je levnější než z uhlí i zemního plynu. Samozřejmě je levnější i než z f&v + storage.

Vše zcela reálné, se současnými materiály, technologií, regulací.

A jak dále? Například LFTR (tedy hlavně uzavření palivového cyklu – breeder & jako odpad pouze štěpné produkty), přehled zde. Výsledek – rámcový pohled na veškerou energetickou potřebu lidstva:

Z pohledu jednoho člověka – toto je palivo pro energetickou spotřebu za celý život, při US stylu života: