Chyba obnovitelné energetiky

Jediná věc, která je na obnovitelných zdrojích špatná, je to, že jsme jich nepostavili dost (Dave Toke).

V Německu, které bylo svého času považováno za vlajkovou loď obnovitelné energetiky, zbrzdila velká koalice pod vedením Angely Merkelové dynamiku rozvoje obnovitelných zdrojů. V roce 2013 poklesl nárůst instalací ve fotovoltaice, v roce 2016 u bioplynu a od roku 2018 u větrné energetiky. Hlavními příčinami byl přechod z fixní výkupní ceny na výběrová řízení a nárůst byrokracie při schvalování. 

Mezi lety 2012 a 2014 poklesla expanze fotovoltaiky ze zhruba 7 GW (gigawattů) ročně na 1 GW ročně. Onshore větrná energie se v letech 2017 až 2019 zhroutila z roční expanze kolem 5 GW na podobnou úroveň jak fotovoltaika. Na přiloženém grafu je patrný pokles rychlosti výstavby sluneční a větrné výroby elektřiny v Německu.


data: Fraunhofer Institute, Energy Charts
Obr.1 Instalovaný výkon výroby elektřiny z větrné a sluneční energie v SRN

V případě, že by instalace větru a fotovoltaiky pokračovaly historicky nejvyšší dosaženou rychlostí z předešlých let, mohlo by mít Německo již dnes 100 % obnovitelné elektřiny v síti. V roce 2010 vláda Merkelové stanovila údajně „velmi ambiciózní“ cíl 30 % zelené elektřiny (jako spolková ministryně životního prostředí Kohlovy vlády v letech 1994-8 tvrdila, že v síti nemohou být více jak 4 % obnovitelné elektřiny). O deset let později byl tento cíl dalekosáhle překročen s téměř 50 procenty zelené elektřiny v mixu. Na tomto pozadí se cíl pouhých 65 % zelené elektřiny do roku 2030 zdál být bez ambicí.

Navzdory tomuto propadu docházelo v Německu až do roku 2020 k relativně stálému růstu podílu zelené elektřiny. Objem obnovitelné elektřiny se zdvojnásoboval každých sedm let – z přibližně z šesti procent v roce 2000 na dvanáct procent v roce 2007, kolem 27 procent v roce 2014 a necelých 50 procent v roce 2020.

V České republice naproti tomu se prakticky nic neinstalovalo. Jako by se čekalo na spásnou novou technologii. Nelze vyloučit, že se taková může objevit, je ale velmi nereálné, že by tato hypotetická technologie výroby elektřiny či užitné energie byla schopna pokrýt během necelých třiceti let podstatnou část spotřeby a dohnat cenový i technologický náskok desetiletí rozvoje obnovitelné energetiky a akumulace. A že by byla schopna splnit závěry Pařížské klimatické smlouvy, kterou potvrdil Parlament České republiky.

Za posledních 10 let bylo v ČR instalováno velmi málo fotovoltaiky a v instalovaném výkonu větrné energie se nacházíme na padesátém druhém místě, za Dominikánskou republikou, přičemž výroba elektřiny z větru pokrývá odhadem 1 % české spotřeby.

Již dnes je úplná výrobní cena (LCOE Lazard) jaderné energie několikanásobně vyšší než z obnovitelných zdrojů a cenový rozdíl roste.  Neboť neexistuje reálný důvod, že by se tento trend obrátil, bude v případě dostavby Dukovan za 16 či více let elektřina z JE, ve srovnání s OZE, ještě mnohem dražší.

Zdroj: ERÚ
Obr. 2 Výroba elektřiny z větrné a sluneční energie v ČR v GWh/rok

Smutnou skutečností české energetické koncepce je apriori zamítnutí jakékoliv jiné než jaderné cesty, s doplňkem plynu, stejně emisně ničivého jako uhlí, a s malým doplňkem obnovitelných zdrojů. Neproběhla žádná řádná odborná, veřejná či politická diskuse nad návrhy zásadně jiné energetické koncepce, nebyly přeloženy žádné alternativy. Naproti tomu se stále opakuje, že v ČR nemáme pro obnovitelné zdroje podmínky. A to přesto, že v blízkosti ČR jsou realizované projekty úplného zásobování obnovitelnou energií a nesčetné teoretické studie potvrzují veliké potenciály obnovitelné energie.

Pod stejnou aktovkou probíhala diskuse v parlamentu i senátu. Bizarně by to mohlo připomínat někdejší „jednotně k volbám“.

Do roku 2024 navrhuje MPO stát podpořit výstavbu 3000 MW plynových zdrojů a dotovat elektrárnám a teplárnám 500 Kč za tunu CO2 z uhlí při výrobě tepla. Větrných elektráren chce přitom podpořit pouhých 180 MW a fotovoltaických zdrojů nic. Větrná podpora by se měla týkat asi dvaceti 3 MW větrných elektráren ročně. Původně anotovaný program podpory 100.000 fotovoltaických střech se navzdory předvolebním plánům a programovému prohlášení vlády vytratil.

V Německu je mnoho okresů, regionů, měst a obcí, které jsou plně zásobovány obnovitelnou elektřinou. Často vyrábí přebytky, které vyvážejí a dále pracují na rozšíření obnovitelné energie v segmentech tepla a dopravy. Jedná se například o stotisícový okres Rhein Hunsrück v Porýní Falci, který není ani na větrném severu ani ve slunné Itálii a v současné době exportuje přes 400 % své lokální produkce obnovitelné elektřiny, i bavorské město Hassfurt, ležící 140 km od našich západních hranic, v prakticky shodných klimatických podmínkách jako ČR. Starosta Hassfurtu Günter Werner v rozhovoru říká, že obnovitelný energetický systém, s nímž pracují elektrické podniky města je finančně výhodnější než většina jiných dodavatelů v Německu. Plně obnovitelnou elektřinou je zásobován rovněž region Aller Leine Tal na jihu lüneburgerského vřesoviště, okres Lüchow-Dannenberg a desítky dalších obcí a měst.

Dochází rovněž k podstatným změnám v technologiích i v teoretických koncepcích obnovitelných zdrojů. Perovskitová fotovoltaika, jejíž produkce je mnohem levnější, než klasická křemíková má ambice vysoké účinnosti. Účinnost perovskitových laboratorních vzorcích solárních článků se zvýšila z 3,8 % v roce 2009 na 25,7 % v roce 2021 v kompozici s jedním přechodem a v tandemových článcích s křemíkem na 29,8 %. Nově byla představena strategie nových rozpouštědel, která zajištuje tvorbu vysoce kvalitních perovskitových filmů s nízkou koncentrací prekurzorových roztoků. Nová technologie velkoplošného spin coatingu zajistí ekologickou výrobu a pomalé stárnutí perovskitové fotovoltaiky.

Americká firma Form energy úspěšně završuje vývoj staronového konceptu skladování elektřiny pro síťové aplikace s akumulací ve stovkách hodin. Brzy bude na trhu metalicko vzdušná baterie, která bude využívat jeden z nejhojnějších prvků na zemi – železo. Princip baterie spočívá v cyklické oxidaci a redukci železné elektrody. Předpokládaná cena se bude pohybovat na desetině ve srovnání s lithiovými bateriemi.

Konceptem, který se již podařilo zrealizovat do komerční zralosti jsou drakové elektrárny firmy SkySails Power GmbH. Větrné draky pracují ve výškách 200-400 metrů nad terénem, mají výkon 80-200 kW, potřebují plochou krajinu v okolí, zemědělskou nebo nevyužívanou krajinu, a dosahují výkonu (FLH) 6500 hodin v roce, tedy procento využití srovnatelné s jadernou elektrárnou.

V české energetické koncepci se hrubě podceňují výhody obnovitelné energie, ale dostupné potenciály. Příkladem může být mimo jiné podceněný energetický potenciál střech, kde se pro ČR uvádí odhadem podíl 18 %,  zatímco ve vídeňské studii  Solarkatastr bylo na základě geodat  zjištěno teoretických 70 % střešní plochy využitelné pro solární termiku či fotovoltaiku. To jen ve Vídni odpovídá ploše asi 38 km2. Z této plochy se 6 km2 považuje za velmi dobře a 32 km2 za dobře se hodící. Těžko tento rozdíl s českým odhadem svádět na malou únosnost střech, když se plošná hmotnost fotovoltaiky uvažuje ve velikosti 11–12 kg/m2. Pro sníh se  předpokládá u střech se sklonem od 40° do 60° zatížení 40 kg/m2. Roční maxima vodní hodnoty tíhy sněhu klesla za posledních 50 let zhruba o 40 %.

Nejnovější teoretické studie potvrzují vysoký potenciál obnovitelné energie. V práci jsou uvedeny abstrakty 56 recenzovaných (peer-reviewed) článků od 18 nezávislých výzkumných skupin se 109 autory po celém světě, které podporují výsledek, že energii pro elektřinu, dopravu, vytápění či chlazení budov a/nebo průmysl lze spolehlivě dodávat se 100 % nebo téměř 100 % obnovitelnou energií na různých místech po celém světě.

V práci Potsdamského institutu jsou uvedeny potenciály pro zásobování obnovitelnou energií, které byly odvozeny na základě přírodních podmínek i lokálních okolností a zohledňují také sociální a ekologické podmínky. Ve studii autoři počítali pouze s možností větrné a sluneční energie, přičemž stranou ponechali odpadní biomasu a vodní a geotermální energii. Studie zpracovává potenciál různých zemí i jejich regionů a dochází k závěru, že většina oblastí, s výjimkou velkých aglomerací může být zásobena z lokálních zdrojů energie. Na základě těchto předpokladů autoři konstatují, že všechny evropské země lze plně ve všech segmentech spotřeby zásobovat pomocí lokální sluneční a větrné energie. Výjimku tvoří pouze některá větší města, ale jejich spotřeba může být doplněna obnovitelnou energií z okolí. Obnovitelný potenciál výroby elektřiny z větru a slunce pro Českou republiku byl stanoven na dvou a půl násobek současné spotřeby elektřiny.

Pro zajištění konstantní dodávky energie jsou nutné techniky skladování a přeměny energie. Vedle zmíněných železo vzdušných baterii je dalším řešením středně a dlouhodobé skladování vodíku nebo zemního plynu bohatého na vodík v porézních formách v podzemí. V minulosti se při skladování plynu pozorovala mikrobiální metanace jako vedlejší efekt. Vznikl koncept podzemní biometanace, který využívá mikrobiální metabolismus k přeměně vodíku a oxidu uhličitého na metan. Praxe spočívá ve vhánění plynného vodíku a oxidu uhličitého do podzemních struktur během špiček výroby energie, které se následně částečně přeměňují na metan. Výsledná plynná směs bohatá na metan se při vysoké spotřebě energie odebírá. Metoda je srovnatelná s umělými bioreaktory, které jsou již lokálně integrovány do plynárenské infrastruktury. V obou technologiích je proces přeměny vodíku na metan zprostředkován hydrogenotrofními metanogenními mikroorganismy archaea přítomnými ve vodné fázi přirozeného podzemního nebo nadzemního reaktoru.

Je hrubou politickou i odbornou chybou orientovat se na drahou, komplikovanou a potenciálně nebezpečnou jadernou energii a čekat na nové a neprověřené jaderné koncepty. Zcela naopak je třeba ze všech sil podporovat obnovitelné zdroje včetně akumulace, které, jak teorie a praxe ukazují, jsou jedinou rozumnou budoucností. Obnovitelný energetický systém přináší trvalou zaměstnanost a podporuje lokální ekonomiku. Vzhledem ke krátícímu se času, který máme k dispozici na ukončení emisí skleníkových plynů, nemůže jaderná energie hrát jinou než marginální roli, ale o to více bude alokací zdrojů brzdit výstavbu obnovitelných zdrojů energie.  Za chybnou a nezodpovědnou energetickou koncepci budou obyvatelé České republiky v budoucnu platit.

Mian Smrž, EUROSOLAR

Milan Smrž
Milan Smrž
Autor je chemik, vynálezce a publicista a autor desítek původních sdělení, vědeckých článků a patentů. Působil jako asistent na Katedře energetiky VŠCHT Praha. Od roku 2000 je předsedou národní sekce a 2003 byl zvolen viceprezidentem evropské asociace EUROSOLAR pro obnovitelnou energii. Vedle toho se věnuje přímé ekologické výchově a projektové i fyzické realizaci energetických projektů v rámci oficiální české rozvojové spolupráce v Zambii. Vede sekci energetiky ve skupině udržitelných technologií.

Další články autora: