Laické nadšení z energetických obnovitelných zdrojů přechází v rozčarování. Efektivní energetika: několik poznámek

Environmentální ohledy a hospodárnost můžeme dnes ve slušné společnosti považovat za samozřejmost. Cíle, které stanovil kjótský proces, totiž nahradit vbrzku významnou část fosilních zdrojů energie alternativními, jsou však natolik nákladné, že je zatím nelze považovat za hospodárné. Tím spíš, že globální oteplení v důsledku emisí CO₂ je spíše mýtem a že zásob fosilních zdrojů je dostatek. Drahá obnovitelná energie logicky zvedá ceny klasické energie, bez které se zatím lidstvo neobejde. Pouze růst efektivity může mírnit růst cen energie.

Měřítkem efektivnosti energetiky je její schopnost získat z minimálních vstupů (nákladů) maximální konečný efekt (zisk). Je zřejmé, že k porovnávání a hodnocení efektivity lze použít jak klasické energetické jednotky, jako je například joule, tak i jednotky peněžní, například korunu. Energetika a ekonomika k sobě patří, a tak lze s (nepříliš velkou) nadsázkou říci, že základní energetickou jednotkou je právě peněžní jednotka, v našem případě koruna.

Zvyšování efektivity v energetice přináší na jedné straně snižování spotřeby paliv se všemi důsledky a na druhé straně zvyšování produkce užitečné formy energie. Specialitou energetiky je velmi omezená možnost akumulace energie (elektřiny a tepla) a z toho plynoucí potřeba okamžité rovnováhy výroby a spotřeby , takže efektivní energetika snižuje spotřebu zdrojů. O tomto století se někdy říká, že bude stoletím efektivity, avšak to není dostatečný argument pro efektivní energetiku. Tím je především šetrnost k zásobám energetických surovin, tradičních, dominantních, vyčerpatelných a nejspíše konečných.

Jak je to s vyčerpaností fosilních energetických zdrojů

Ještě koncem 80. let 20. století bylo blížící se vyčerpání světových zásob fosilních paliv, zejména ropy a zemního plynu, hlavním a vlastně jediným argumentem pro zvyšování efektivity energetiky, racionální hospodaření s energií a rozvoj využívání obnovitelných zdrojů energie. Toto téma se ostatně nepravidelně vynořovalo již od konce 18. století. Dnes se ukazuje, že situace není tak kritická. Vyčerpatelnost zdrojů je předmětem dobře zpracované studie [1], v níž se mimo jiné říká: „Od roku 1950 se odhady životnosti zásob ropy nejen nesnižují, ale naopak výrazně rostou a v roce 2000 dosáhly už téměř dvojnásobku úrovně z roku 1950. Mimoto jen mezi lety 1980 a 2000 ceny ropy v reálném vyjádření poklesly o 35%.“

Limity zásob fosilních paliv nepochybně existují, jsou však naštěstí vzdálené. R. L. Bradley [2] například uvádí s odvoláním na podkladové materiály IPCC [3], že až do současnosti bylo spotřebováno jen o něco málo více než 1 % světových zásob fosilních paliv a že jedna pětina těchto zásob je připravena k okamžitému použití.

Podle studie [1] je „v jakékoliv diskusi o přírodních zdrojích nutné pamatovat na fakt, že zdroje jsou vytvářeny lidmi a podstatou jejich existence je růst lidského poznání, který nemá žádné přirozené limity… Jediným problémem je to, že zdroje jsou vzácné. Jejich získávání není bezplatné, je do něj nutné investovat úsilí a kapitál.“

Téma: alternativní energetické zdroje

Globální oteplování nebo selhání zdravého rozumu?

Problematika vyčerpatelnosti zdrojů v posledních letech ustupuje do pozadí a střídá ji téma globálního oteplování, přesněji řečeno zesílení skleníkového efektu na planetě Zemi v důsledku vypouštění oxidu uhličitého vznikajícího při spalování uhlíkatých paliv do atmosféry. Zde je nutné uvést, že na vytváření skleníkového efektu planety, díky němuž je zde možná současná forma života, se ze dvou třetin podílí vodní pára a ze 30 % oxid uhličitý a zbytek zajišťují ostatní skleníkové plyny obsažené v ovzduší. Hlavní myšlenka je jednoduchá, vypadá logicky, a je proto snadno přijatelná. Navíc má všechny znaky katastrofického scénáře (a tomu veřejnost ráda věnuje pozornost): Fosilní paliva představují zakonzervované zásoby uhlíku z období karbonu. Od počátku průmyslové revoluce se tyto zásoby intenzivně spalují a oxid uhličitý jako produkt dokonalého spalování uhlíku se hromadí v atmosféře a zesiluje skleníkový efekt, což vede ke globálnímu oteplování, k vážným klimatickým změnám a nakonec ke globální katastrofě. Ekologisté všech zemí se spojili, přesvědčili politiky a nyní se uvádí v život mezinárodní smlouva, o níž autor článku [4] soudí, že bude-li „uveden v život kjótský protokol, bude to opravdu znamení civilizační katastrofy, nikoli však pohromy způsobené skleníkovými plyny, ale selháním zdravého rozumu“.

Globální oteplování z pohledu Planckova zákona

V únoru 2020 vyšel v tomto časopise text Věcné poznámky ke globálnímu oteplování aneb CO2 je užitečný, nikoliv škodlivý plyn, který vzbudil ohlas. Toto téma je trvale v zajetí…

O tom, jak politici editují vědecké zprávy

Samotné koncipování myšlenek (spíše informací), z nichž vychází kjótský protokol, bylo dramatické. Jedna z pravidelně publikovaných vědeckých zpráv Mezivládního panelu OSN pro klimatické změny (z roku 1995) byla údajně účelově a bez vědomí autorů upravena podle politických požadavků tak, aby vykreslila problematiku jako mnohem závažnější, než by odpovídalo skutečnosti. V prosinci 1995 řekl britský vědec Keith Shine agentuře Reuters: „Sepsali jsme pracovní verzi a politici ji pak řádek po řádku procházeli a měnili její vyznění“. Zpráva prošla vědeckou oponenturou, ale v článku uveřejněném v červnu 1996 v deníku Wall Street Journal uvádí jeho autor, profesor Frederic Seitz, bývalý prezident americké Národní akademie věd, že „zpráva není tím, za co se vydává - není to verze schválená vědci uvedenými na titulní stránce". A dodává: „Za šedesát let jsem se nesetkal s více znepokojující korupcí oponentního řízení.“ Ukázalo se, že hlavní editor ze zprávy vypustil klíčové sdělení, podle něhož zatím žádná vědecká studie nepodala důkaz, že za klimatické změny může produkce skleníkových plynů, a nahradil je formulací: „Studie naznačují vliv lidských aktivit na globální klima“. Na základě těchto a dalších faktů pak autor článku [5] konstatuje, že „dohoda o astronomicky nákladném omezování emisí skleníkových plynů je tedy založena na podvodu“.

Prostá náhrada dožívajících elektráren moderními, s vyšší účinností a s výrazně nižší produkcí škodlivin, uskutečněná do roku 2030, by si podle odhadu IEA v evropských zemích OECD vyžádala náklady 1,7 trilionu EUR (51·10¹² Kč).

Je zarážející až znepokojivé, že na zveřejněný nesouhlas se závažností zvyšování obsahu oxidu uhličitého v ovzduší reagují téměř výhradně (a velmi pobouřeně) politici. Odborníci obvykle mlčí. Na české vydání knihy [2] například reagoval senátor Moldan, stínový ministr životního prostředí, vyjádřením [6], že „…raritou jsou stálé české pochybnosti o věrohodnosti varování vědců před klimatickou změnou. Zatímco jinde se věcně diskutuje o tom, jak nejzávažnější ekologické hrozbě čelit, v Česku pracně vyhledáváme ojedinělé odborné pochybovače a přikládáme jim málem větší váhu než tisícihlavým klimatickým panelům“.

Jako člověk odpovědný za toto české vydání musím říci, že jsem původní publikaci pracně nevyhledával, ale informaci o ní jsem našel v běžném odborném časopise, a že její odbornou kvalitu zaručuje mj. prestiž instituce, která ji vydala (Institut of Economic Affairs, Londýn). A zejména bych byl velmi nerad omezován v právu zveřejňovat jiný než oficiální názor.

Emise oxidu uhličitého a globální oteplování

Oxid uhličitý, skleníkový plyn, který je většinou lidí považován za hlavní příčinu globálního oteplování, vzniká i při výrobě stavebních materiálů, během výstavby a za provozu…

Téma: Globální oteplování

Efektivita a možnosti obnovitelných zdrojů

Jediným pozoruhodným přínosem celosvětové akce „globální oteplování“ je zájem o zvyšování efektivity energetiky, což je ovšem přínos velmi významný. Snaha o snižování produkce oxidu uhličitého z energetických zařízení však také pozoruhodně posiluje postavení zemního plynu v energetickém „mixu“. Podle prognózy zveřejněné v roce 2004 Mezinárodní energetickou agenturou (IEA: World Energy Outlook 2004) se jeho podíl na produkci elektřiny a tepla v zemích EU zvýší z 15 % v roce 2002 na 35 % v roce 2030.

Je přirozené, že na usilovně šířenou poplašnou zprávu o člověkem způsobeném globálním oteplování bude společnost reagovat. Závěry jsou jednoznačné: Je nutné najít nové zdroje energie, takové, které neprodukují oxid uhličitý. K nim patří zejména veřejností odmítané zdroje jaderné a naopak velmi oblíbené zdroje obnovitelné. V současné době je ve světě provozováno 441 jaderných reaktorů s celkovým instalovaným výkonem cca 367 GW, 25 reaktorů je ve výstavbě a ve stadiu pokročilých příprav je dalších 37 reaktorů. Zdá se, že ústup od jaderné energetiky je minulostí. Intenzivní zájem o rozvoj využívání obnovitelných zdrojů energie přinesl nová výzkumná témata, zajímavá a perspektivní.

Požadavek využívat všechny dostupné zdroje energie je plně oprávněný, ale rozumí se využívání všech zdrojů v konkurenčním prostředí. V tom je první kámen úrazu. V současných podmínkách tyto zdroje vesměs nemohou konkurovat cenou, a jejich rozvoj proto vyžaduje dotace (státní podporu). Otázkou je na jak dlouho. Logické je podpořit novou technologii, která poté bude sama životaschopná. Tak tomu ale v tomto případě není a potenciální investoři právem požadují dlouhodobou garanci státní podpory. Je možné odhadnout, na kolik taková podpora přijde. Desetiprocentní podíl obnovitelných zdrojů na výrobě elektřiny by při současných podmínkách vyžadoval ročně dotace ve výši asi 15 mld. Kč. Prozatím je ovšem tento podíl velice malý a podobné úvahy nikoho nepálí.

Druhý kámen úrazu představují reálné možnosti obnovitelných zdrojů. Technicky vzdělaný zájemce o tuto problematiku má k dispozici dostatek informací, aby si vypočítal možné přínosy. Jenže technici počítají a mlčí, zatímco politici hovoří a nepočítají. Takže uveďme alespoň pár čísel: V uplynulém roce vyrobily výrobny ČEZ 14,2 MWr (používám jednotku MWr, protože je velmi názorná, představuje výkon 1MW dodávaný po dobu jednoho roku) elektřiny z biomasy, což je zhruba 0,22 % celkové produkce elektřiny v ČR.

Klasická elektrárna s parním cyklem o výkonu 1 MW, která by spalovala energetické plodiny, by pro vypěstování paliva potřebovala asi 600 ha půdy. Podle prognózy Mezinárodní energetické agentury [7] vzroste v zemích EU výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů (bez vodních elektráren) z 11,4 GWr v roce 2002 na 83,96 GWr v roce 2030, což představuje zvýšení podílu na celkové produkci elektřiny ze 3 % na 18 %. Na tomto nárůstu se bude podílet především biomasa (zvýšení z 6,6 GWr na 22,1 GWr) a vítr (zvýšení z 4,1 GWr na 54,7 GWr). To je velmi optimistická předpověď a její splnění bude vyžadovat veliké úsilí, intenzivní výzkum a vývoj a značné investice. A stále zřetelněji se ukazuje, že další vývoj bude vyžadovat rozvoj decentralizovaných zdrojů - ne jako konkurence centrálních zdrojů, ale jako jejich doplnění. Přirozeným důsledkem pak bude výrazný růst ceny elektřiny z centrálních zdrojů, zabezpečujících jistotu dodávek.

Ke zvýšení efektivity energetického systému lze přispět na straně výroby, přenosu i konečné spotřeby. Hodně se dnes zdůrazňuje význam kogenerační výroby (využití paliv k výrobě elektřiny i k vytápění). Její velkou předností je nesporně vysoká účinnost transformace energie paliva. Klíčovým kritériem však je možnost využití tepla. Jeho spotřeba se mění v průběhu dne a roku a je závislá na druhu lokality i na klimatických podmínkách. Mezinárodní srovnání ukazují, že podmínky pro rozvoj kogenerace jsou znatelně horší v zemích s rozvinutými systémy centrálního zásobování teplem a že významnou roli hraje také geografická poloha. Rozhodně najdeme lepší podmínky pro rozvoj kogenerace ve Finsku, kde je průměrná roční teplota 0,37 °C, než v Portugalsku, kde je průměrná roční teplota 11,89 °C.

Podstatné rozdíly v podmínkách rozvoje kogenerace ve „starých“ a „nových“ zemích EU ukázal seminář DG-JRC Integration Workshop on Cogeneration, konaný loni v listopadu v JRC Petten (v Nizozemsku). Jednání se zúčastnili představitelé evropských energetických institucí a zástupci nových členských zemí EU a při diskusích si někdy nejprve museli objasnit základní pojmy. Systémy centrálního zásobování teplem (CZT), běžné ve většině nových členských zemí, jen obtížně najdou protějšek v zemích „evropské patnáctky“, kde je cena tepla v našem pojetí v podstatě neznámým pojmem. Rozdíly jsou rovněž v používaných palivech a technologiích a také v názorech na význam decentralizace zdrojů. Na vytápění bytů se v zemích „patnáctky“ podílejí systémy CZT 7 %, zatímco průměr v nových členských zemích činí 38 %. Dominantním zdrojem tepla je ve „starých“ zemích EU kogenerace (představuje zhruba 70% podíl), zatímco v „nových“ členských zemích převládá centrální zásobování teplem z tepláren (asi 52 %). Tato a podobná srovnání však nemusejí být vždy spolehlivá v důsledku někdy odlišných metodik hodnocení.

Téma: Globální oteplování

Současná realita vodíkové energetiky

Často se v názorech na řešení energetických problémů zaměňuje realita s technickou vizí. Nejsou například ojedinělé informace o nastupujícím věku vodíkové energetiky, zejména v souvislosti s palivovými články (a mnozí se dokonce domnívají, že palivové články jsou obnovitelným zdrojem energie). Skutečnost je taková, že výzkum a vývoj palivových článků pro pozemské účely začal v 90. letech 20. století a trvá dosud. Vlastně jediného komerčního úspěchu dosáhla firma UTC Fuel Cells. Je jím kogenerační jednotka PC 25 o výkonu 250 kW, avšak její jednotková cena je 4 250 USD/kW (pro srovnání uveďme, že u moderních uhelných bloků je to 1 200 USD/kW a u plynových 900 USD/kW) a životnost 40 000 h. Ve Spojených státech se s podporou US DOE uskutečňuje desetiletý program výzkumu a vývoje palivových článků Ultra Low Cost SOFC. Celkové náklady jsou kolem 500 mil. USD a výsledkem by měly být palivové články s jednotkovou cenou do 400 USD/kW. Předpokládá se výroba vodíku konverzí zemního plynu a převládají výkony v jednotkách až desítkách kilowattů.

Roční světová výroba vodíku činila v roce 2002 zhruba 500 mld. m³, z toho v zemích EU 47 mld. m³ a v ČR necelou 1 mld. m³. Na výrobě se nejvíce podílel zemní plyn (48 %), dále ropa (30 %) a uhlí (18 %), zbývající 4 % vodíku byla vyrobena elektrolýzou vody. Nemá-li být vodíková energetika závislá na fosilních palivech, je řešením pouze elektrolýza s využitím elektřiny z obnovitelných nebo jaderných zdrojů. V případě jaderného zdroje lze očekávat celkovou účinnost výroby v rozpětí 24 až 36% a je nutné počítat s jednotkovými investičními náklady 25 000 až 30 000 Kč/kW.

Závěr

Je zřejmé, že pro zvyšování efektivity v energetice neexistuje jednoduchý a jednoznačný návod. Jisté je, že cena energie dosud dostatečně nemotivuje k úsporám a ke snižování její spotřeby a že systém dotací a různé kampaně zdravému vývoji příliš nepřispívají. Vážným problémem je rostoucí závislost evropských zemí na dovozu a v této souvislosti je dobrou zprávou, že ČR má stále bohaté zdroje energetických surovin. Laické nadšení z obnovitelných zdrojů postupně přejde v rozčarování, které bude tím větší, čím větší budou neuvážené sliby. Pak bude nezbytné začít energetickou problematikou posuzovat racionálně a zodpovědně, a to na straně zdrojů i na straně spotřeby a s uplatněním moderních a efektivních technologií. Pouze růst efektivity může mírnit růst ceny energie.

Literatura a zdroje:

[1] HAMPL, M.: Vyčerpatelnost zdrojů - dobře prodejný mýtus, CEP, Praha 2004.
[2] BRADLEY, R. L.: Climat Alarmism Reconsidered, české vydání Kritika klimatického alarmismu, VŠB-TU Ostrava - VEC, Ostrava 2004.
[3] IPCC, Climat Change 2001: Mitigation. Cambridge University Press, Cambridge 2001
[4] NOVÁK, J.: Lidové noviny, 9. 2. 2005
[5] BREZINA, I.: Jak se manipulovalo kjóto, Lidové noviny, 22. 2. 2005
[6] MOLDAN, B.: EURO, č. 7/2005
[7] IEA: World Energy Outlook 2004