Jiří Svoboda: Otevřený dopis pro MPO a MŽP – energetika a ochrana klimatu

Ilustrační snímek.

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

Zdroj | Depositphotos

Komentáře k současnému stavu energetiky a ochrany klimatu

Politická rozhodnutí jsou často prováděna pod nátlakem vlivných zájmových skupin, pro které je rozhodující nikoliv efektivní řešení problému, nýbrž maximalizace jejich zisku. Všichni známe důsledky kontroverzního zákona č. 165/2005 Sb. o obnovitelných zdrojích, jehož pozdní novela nás přišla na cca půl bilionu Kč a dodnes nás následky tíží. Proto si myslím, že politika energetiky a ochrany klimatu by měla být prováděna s mnohem větším rozmyslem než dosud, aby se v budoucnu klíny nemusely vyrážet ještě většími klíny a hasit požáry.

Dekarbonizace elektroenergetiky je pro ochranu klimatu klíčovým úkolem a vyžaduje promyšlené investice do poměrně vzdálené budoucnosti. Považuji za smysluplné, že jedním z pilířů u nás zůstává jaderná energetika, která bude ve stále větší míře doplňována obnovitelnými zdroji energie (OZE) za účelem vytlačení fosilních paliv. Zde bych chtěl upozornit na vážné aspekty, které, podle mého názoru, nejsou, či jsou jen nedostatečně reflektovány.

1. Dekarbonizace společnosti bude vyžadovat významné zvýšení výroby (samozřejmě bezemisní) elektřiny. Mezinárodní energetická agentura odhaduje při dominanci OZE její ztrojnásobení (viz Net Zero by 2050 - A Roadmap for the Global Energy Sector) a navýšení těžby minerálů na pětinásobek. Důvodem je hlavně potřeba nahradit fosilní paliva i ve všech sektorech mimo elektroenergetiku a budovat investičně a materiálově velmi náročné záložní zdroje s dlouhodobou akumulací energie z OZE z doby jejího přebytku, jejichž účinnost i vytíženost ale bude poměrně malá mezi 20-40 %. To všechno bude navíc klást velké nároky na zábory pozemků a bude třeba počítat s odporem místních obyvatel (NIMBY efekt).
2. Nelze nebrat v úvahu relativně krátkou životnost OZE (maximálně 30 let) a potřebu jejich průběžné obnovy.
3. Řada studií nebere v úvahu „občasnost“ OZE a existenci jejich významných dlouhodobých či dokonce sezónních výpadků. Vytahují se na odiv schůdné možnosti akumulace pro vyrovnání denního chodu výroby a spotřeby, bagatelizuje se značná obtížnost (v podstatě neexistence) řešení vyrovnání v rámci celého roku.
4. Argumentovat např. energetickou soběstačností nějakého subjektu v tom smyslu, že subjekt v létě vyrobí tolik elektřiny navíc, kolik jí v zimě pro svůj provoz navíc spotřebuje, je zcestné. O značně rozdílné hodnotě elektřiny v létě a v zimě svědčí spotové ceny na burze. Jinými slovy, dodávat v létě na trh trabanty a žádat za ně v zimě stejný počet mercedesů, to nemůže ve zdravé společnosti ve velkém dlouhodobě fungovat. Toto paradigma je třeba co nejrychleji opustit a zavést relevantní opatření.

Z předchozího vyplývá, že dekarbonizace energetiky nebude až tak o samotných bezemisních zdrojích, nýbrž o možnostech a způsobech, jak co nejšikovněji sladit časový průběh výroby a spotřeby elektřiny v rámci celého roku silně rozvážený velkým podílem nespolehlivých OZE. Chceme-li problém se ctí zvládnout, musíme ve společnosti vytvořit takové prostředí, kde si půjdou nabídka a poptávka po elektřině maximálně vstříc, aby bylo potřeba budovat jen to nejnutnější množství drahých a neúčinných záložních zdrojů s dlouhodobou akumulací. Tento problém se nedá vyřešit pouze větším prosíťováním Evropy, neboť v zimě je potřeba topit v celé Evropě a zataženo a nefoukat může i několik týdnů na polovině území Evropy. Nejpřirozenější motivací, jak přizpůsobit spotřebu elektřiny její výrobě, je platit za ni TÉMĚŘ VÝLUČNĚ spotové, tedy skutečné tržní ceny jasně reflektující nerovnováhu mezi poptávkou a nabídkou. Pak bude obecně elektřina v zimě mnohem dražší než v létě. S tímto faktem se budeme muset smířit a začít s ním zodpovědně pracovat.

Platit za elektřinu spravedlivé tržní ceny – příznivé důsledky

Již samo vyhlášení tohoto záměru by mohlo mít řadu pozitivních dopadů. Lidé se postupně naučí sledovat průběh cen elektřiny a budou přizpůsobovat odběry (například odložením spuštění myčky či pračky) očekávanému průběhu cen elektřiny. Výrobci začnou do spotřebičů (například ledniček, praček či myček) montovat chytré krabičky případně i malé akumulátory, které samy vychytají nejlevnější elektřinu v síti. Výrazně se i zvýší poptávka po opravdu pasivních domech s vynikající tepelnou izolací, které mají mnohem nižší energetické nároky v zimě (kdy bude energie velmi drahá) než běžné domy. Současná tendence stavět polozateplené „nulové“ domy s velkou fotovoltaickou elektrárnou na střeše bude opouštěna. Stavební firmy se budou muset naučit stavět výborně zateplené domy a opustit dosavadní, pro ně zaběhnuté/pohodlné, způsoby výstavby (jedna z možností je stavební koncept Optimalizmus). Staré domy budou zateplovány mnohem radikálněji. Navíc kvalitně zateplené domy mají i vysokou tepelnou setrvačnost, a proto je v nich možno topit během dne kdykoliv a přispět tak ke stabilizaci sítě v rámci denního chodu. Je si též třeba uvědomit, že namontovat dodatečně fotovoltaickou elektrárnu zle bez velkých potíží v podstatě kdykoliv, dodatečné radikální zateplení hlavně u nových staveb bývá často nemožné. Proto musí být důsledné zateplení prováděno (při stavbě i rekonstrukci) „z jedné vody“.

V současné době běží dotační programy na zateplení budov. Již několikrát jsem se setkal s podporovanými projekty, kdy jsou aplikovány nedostatečně tlusté izolace (např. 16 cm) v místech, kde by bez obtíží mohly být izolace mnohem tlustší. Argumentem projektantů je, že cena izolace roste lineárně s její tloušťkou, kdežto úspora energie roste s tloušťkou mnohem pomaleji. Uvedená tloušťka izolace je zjevně odvozena z ekonomického kritéria minimální doby návratnosti investice. To je ale zcela nesmyslné kritérium pro zateplování budov, neboť izolace bude fungovat 50-100 let, ceny energií a finanční nároky na zateplení budou stále růst a dodatečné zateplení již zateplených částí budov bude vysoce nerentabilní. Proto by mělo by být přijato kritérium, že zateplení se má provést co nejlépe „z jedné vody“ na základě nediskontovaného minima součtu investičních a provozních nákladů za 50 let, které je pro budovy, ať už nové nebo rekonstruované, mnohem vhodnější. Je třeba podotknout, že stavební koncept Optimalizmus jasně demonstruje, že domy postavené v mnohem lepším než pasivním standardu jsou investičně (a samozřejmě i provozně) mnohem levnější než dnes běžně stavěné domy. Je tedy nezbytné co nejrychleji zásadně změnit přístup projektantů a stavebních firem, o což by se měl stát vhodnými nástroji postarat.

Jak jsem již uvedl výše, současné dotační programy dnes podporují víceméně standardní způsoby/intenzity zateplení, které ani vzdáleně neobstojí ve srovnání s plánovanými požadavky na energetickou náročnost budov v EU v horizontu 15-20 let. Dnes se staví a renovují domy způsobem, který vlastně VYLUČUJE, aby v budoucnu dosáhly požadavků na energetickou náročnost budov, neboť projekt dodatečného zateplení bude vysoce nerentabilní. Dotace by se neměly používat na standardní řešení, nýbrž pouze na projekty, které se aspoň blíží plánovaným cílům EU a ukazují nová a inovativní řešení. Proto by podporu měly získat jen takové projekty, které v rámci variantního řešení důvěryhodně prokáží kritérium nediskontovaného minima součtu investičních a provozních nákladů za 50 let. Měly by být taktéž udělovány granty na pilotní projekty ukazující efektivní cesty k plánovaným požadavkům EU. Dotace by měly vést projektanty a stavební průmysl a firmy k tomu, aby byla vyvíjena nová řešení pro stavby domů a jejich zateplování, a ne aby se pořád používaly ta stará, ani dnes nedostačující. Je ještě třeba zdůraznit, že současná podpora polozateplených „nulových“ domů přispívá ke zvětšení sezónní disproporce mezi nabídkou a poptávkou elektřiny (v létě přispívají k převisu nabídky, v zimě přispívají k jejímu nedostatku), která bude muset být řešena dalšími záložními zdroji s dlouhodobou akumulací. Další fotovoltaická elektrárna může být v případě nalezení efektivního způsobu dlouhodobé akumulace (tomu lze ale zatím těžko věřit) vítána, zbytečná nadspotřeba energie v zimě je ale v každém případě nežádoucí (ušetřená energie je považována za tu nejlevnější).

Ještě je třeba poznamenat, že zavedení účtování ve spotových cenách objektivně ocení výrobu elektřiny ve větrných elektrárnách, které dávají značný výkon i v zimních měsících.

Jak dále s teplárenstvím

Plně respektuji, že na dekarbonizaci teplárenství bude muset stát vynaložit nemalé prostředky, ty by ale měly být využity maximálně efektivně. Možná řešení a jejich efektivnost proberme v následujícím.

Dnes nejčastěji uvažovaná řešení spočívají v tom, že dosud nezateplené domy se polozateplí, aby se trochu snížila teplota vody potřebná k vytápění a stávající fosilní (např. uhelný) zdroj tepla se nahradí nízkoemisním (zemní plyn, biomasa, spalování komunálního odpadu, dálkový přivaděč z jaderné elektrárny, modulární nukleární reaktor či průmyslové tepelné čerpadlo). Zde je třeba rozlišovat situace, zda se při výrobě tepla vyrábí i elektřina (kogenerace) či nikoliv.

V případě kogenerace není potřeba domy radikálně zateplovat, protože výroba elektřiny v zimě je žádoucí. Tuto možnost skýtá využití zemního plynu (jakési provizorní stále fosilní řešení), biomasy (omezený a diskutabilní zdroj), komunálního odpadu (bylo by vhodné komunální odpad chápat jako cennou energetickou surovinu a část ho uskladňovat na zimu), modulárního nukleárního reaktoru (zatím hudba budoucnosti). Tato řešení si zasluhují přiměřenou státní podporu.

V případě přivaděče z jaderné elektrárny jsou velké investiční náklady ale cena vlastního tepla je poměrně nízká. V tom případě se asi domy také nevyplatí radikálně zateplovat. Jde ale o relativně vzácné případy, které taktéž budou vyžadovat státní podporu.

Rozhodně by stát neměl podporovat řešení, kdy je pouze vyměněn zdroj tepla s vysokými CO2 emisemi za zdroj s nízkými CO2 emisemi bez kogenerace. V takových případech je lepší počkat na nové možnosti, které může budoucnost přinést (transformace teplárenství bude jistě trvat desítky let).

Hodně se mluví o nasazení velkých průmyslových tepelných čerpadel, nejlépe s využitím místních zdrojů nízkopotenciálního tepla, místo stávajících kotlů na fosilní paliva. Zde ale dochází k vážným rozporům. Předně je třeba upozornit na to, že v zimě bude tepelné čerpadlo spotřebovávat nedostatkovou/drahou elektřinu, a to tím více, čím nižší bude jeho účinnost a čím bude potřeba tepla na vytápění vyšší. Aby tepelné čerpadlo mohlo fungovat s vysokým topným faktorem (charakteristika jeho účinnosti) je potřeba aby topilo médiem o co nejnižší teplotě. Když vezmeme v úvahu teplotní spády na všech potřebných výměnících a ztráty tepla v podzemním vedení, dá se jistě spočítat, že topný faktor centrálních tepelných čerpadel bude docela nízký, byť by byl využit zdroj nízkopotenciálního tepla. Abychom snížili spotřebu tepla na topení, je nebytné domy řádně zateplit. Tím se ale zvýší podíl ztrát v zemním vedení a celá teplárenská soustava bude velmi neefektivní. Stát by měl proto zabránit, aby vznikala tato velmi nevhodná řešení, kdy se pouze nahradí stávající tepelný zdroj na fosilní paliva průmyslovým tepelným čerpadlem. Naštěstí je zde přece jen možnost, jak lze tepelná čerpadla pro vytápění bytových domů vhodně využít.

Předně je třeba všechny domy důkladně zateplit alespoň na pasivní standard. Tak výrazně klesne nejen jejich spotřeba tepla na topení, ale i výrazně klesne teplota topné vody ve stávajícím topném systému dimenzovaném na mnohem větší dodávky tepla a výrazně stoupne topný faktor tepelného čerpadla. Abychom zabránili ztrátám v podzemních rozvodech a teplotním spádům na výměnících, je třeba umístit tepelná čerpadla do výměníkových stanic domů a přímo je napojit na otopný systém. Pokud je k dispozici zdroj nízkopotenciálního tepla, lze stávající podzemní rozvody využít k jeho přivedení k tepelným čerpadlům. Tak nebude docházet k prakticky žádným ztrátám v podzemních vedeních, protože proudící médium v nich bude přibližně na teplotě okolní zeminy. Tepelnými čerpadly bude třeba po celý rok ohřívat i vodu. V zimě bude mít ohřev vody přednost před topením, s tím, že vysoká tepelná setrvačnost výborně zateplených domů umožní jejich vytápění v rámci denního chodu hlavně v době, kdy je elektřina nejlevnější. V létě bude možno odebírat teplo pro ohřev vody z radiátorů otopného systému a tak, alespoň částečně, bránit letnímu přehřívání domu (klimatizovat). Samozřejmě je třeba pohlídat, aby do radiátorů neproudila příliš studená voda a nedocházelo na nich ke kondenzaci vzdušné vlhkosti (voda musí být ohřívána jen přiměřeným výkonem). Teplárny by mohly zůstat dodavatelem tepla pro domy a starat se o spolehlivý chod soustavy pro vytápění a ohřev vody. Takové řešení by zjevně bylo i v souladu s dlouhodobými cíli Evropské unie na energetickou náročnost budov. Myslím si, že by bylo vhodné tento koncept vyzkoušet v rámci státem dotovaného pilotního projektu, aby se našla nejvhodnější technická řešení a byly získány první zkušenosti s provozem.

Závěrečné poznámky

Již dlouho je na stole koncept tzv. Inteligentní sítě (Smart Grid), viz Inteligentní sítě. Zde je dobře popsáno, jak má síť fungovat a jsou zde i zmínky typu: „Její součástí je vybavení odběratelů digitálními měřidly s obousměrným tokem informací v reálném čase, která umožňuje tvorbu cenových tarifů podle aktuální situace v síti (tzv. chytré elektroměry). Umožňuje zákazníkům efektivně řídit spotřebu, např. ohřev vody, praní prádla či dobíjení baterií v době s volnou výrobní kapacitou.“ Zatím se ale tento koncept příliš neprosazuje a je otázkou proč. Podle mého názoru je to proto, že současná politika fixních cen elektřiny nijak nemotivuje snižovat aktuální nerovnováhu mezi nabídkou a poptávkou, a tudíž ani zavádění inteligentních sítí. Motivace přes spotové ceny by vedla nejen ke změně chování účastníků trhu v rámci stávající vybavenosti, nýbrž by motivovala i ke střednědobým a dlouhodobým investicím napomáhajícím stabilizaci sítě. Jde například o automatizaci přizpůsobení spotřeby odběratelů nabídce nebo změnu přístupu ke stavebnictví či teplárenství, jak jsme rozebrali výše. Je si třeba plně uvědomit nový aspekt vyplývající z nezbytné dekarbonizace společnosti. Ta není pouze o vybudování dostatečné kapacity bezemisních zdrojů, ale hlavně o tom, jak co nejefektivněji sladit jejich nestabilní výrobu se spotřebou. Jinak než cenovou motivací to, podle mého názoru, nemůže efektivně fungovat a je s ní proto třeba neprodleně začít. Je třeba i opustit přístup, že veškeré peníze vybrané za emisní povolenky je třeba reinvestovat, byť za jakkoli neefektivní/nevhodná, „proklimatická“ opatření.

Jsem připraven v případě nejasností odpovědět na Vaše otázky a navázat užší spolupráci.

S přátelským pozdravem

Jiří Svoboda, Ústav fyziky materiálů, AVČR