Počasí na konci minulého a začátku letošního roku překvapilo mimo jiné i energetické trhy a tak trochu i energetiky. Díky souběhu okolností se totiž ocitly v poměrně velké nouzi. Ochladilo se a zároveň ve velké části Evropy z velké části přestal foukat vítr pohánějící větrné elektrárny. V evropských přehradách byl podstav vody a Francie kvůli plánovaným kontrolám i neplánovaným bezpečnostním testům měla odstavenu téměř třetinu své jaderné flotily, která je druhá největší na světě.

Situace se trochu zlepšila od poloviny prosince, kdy se odstavené francouzské jaderné bloky začaly vracet do provozu a začalo i více foukat. Přesto trend pokračoval, a obnovitelné zdroje vyráběly znatelně méně energie než obvykle. Po několika relativně teplých zimách se může zdát taková situace neobvyklá, ale chladné stavy z dlouhodobější inverzí jsou docela běžné.

Během tohoto netypického období, kdy se Středoevropané mohli na jedné straně těšit z dostatku sněhu, modré oblohy a na druhé straně si „užívat“ vleklé inverze a s ní spojené smogové situace, se také dobře ukázalo, jak probíhá velká změna v evropské energetice - a snad i to, kam míří.

Než se na však podrobněji podíváme na to, co se vlastně ukázalo, věnujme chvíli pozornosti specifikům dvou největších elektroenergetik v západní Evropě: německé a francouzské. Pro pochopení současnosti a blízké budoucnosti energetiky - tedy největšího průmyslového odvětví vůbec - je to důležité.

Uhlí a atom

Německo počítá s tím, že v nejbližší době bude úplně bez jaderných zdrojů a veškerou nízkoemisní elektřinu vyrobí pomocí zdrojů obnovitelných. A u nich budou dominovat zdroje větrné a fotovoltaické, které jsou závislé na počasí. Pořád sice má ještě deset gigawattů (GW) výkonu v jaderných blocích, ale musí počítat s tím, že po roce 2022 už žádný nebude fungovat. Fosilní kapacity, které je tak mají nahradit, jsou už postaveny. Stojí už například jedna z největších a nejmodernějších uhelných elektráren Moorburk v Hamburku, která nahradí jaderný blok Brokdorf a s pomocí dovezeného černého uhlí zajistí stabilitu dodávek elektřiny pro zmíněnou průmyslovou metropoli.

Německá spotřeba je mezi 60 až 80 GW, přičemž instalovaný výkon ve větrných zdrojích je 49 GW a v solárních zdrojích pak 41 GW. Hlavně v zimě – té letošní jen o něco více než obvykle – se však musí počítat i s poměrně dlouhými obdobími, kdy tyto zdroje poskytnou jen minimum výkonu. Německo tak z tohoto důvodu musí mít fosilní zdroje, které pokryjí i s jistou rezervou celý jeho potřebný výkon. Tyto kapacity má a to je i důvod, proč má tak velký přebytek výkonu, o kterém se ještě zmíníme.

Produkce elektřiny z různých zdrojů v Německu v říjnu, kdy moc nefoukalo a slunce už je nízko. Výroba je dominována klasickými zdroji. zelená je biomasa, nejsvětleji modrá je voda, nejtmavší modrá jsou větrníky v pobřežních vodách a méně tmavá modrá je vítr na pevnině, největší plochu zaujímají šedomodrou barvou označené klasické zdroje - jaderné a fosilní.

Na druhé straně Francie počítá při cestě za nízkoemisní elektroenergetikou s kombinací obnovitelných a jaderných zdrojů. Téměř 80 procent elektřiny dodávají zdroje jaderné. Nepočítá s tím, že by současně všechny jaderné i na počasí závislé obnovitelné zdroje elektřinu nedodávaly. Zálohy v podobě fosilních zdrojů (hlavně plynových) jsou proto relativně malé.

Před výpadkem větrných zdrojů kvůli počasí a jádra kvůli odstávkám (a částečně i vodních) byla Francie největším vývozcem elektřiny do okolních zemí, a to dominantně z jaderných zdrojů. V listopadu a prosinci se největším vývozcem elektřiny stalo ovšem Německo - vyváželo však dominantně fosilní elektřinu hlavně ze svých uhelných elektráren. Největším dovozcem bylo Rakousko, které celkově trpí nedostatkem kapacit a projeví se to hlavně v době, když je nedostatek vody a nefouká.

Když přijde bezvětří

V druhé polovině letošního ledna téměř nefoukalo a celkově tak za leden vyrobily obnovitelné zdroje v Německu pouze 28,6 % elektřiny (z toho ještě velkou část zdroje na biomasu). Fosilní zdroje, u kterých dominovalo uhlí, vyrobily 60,2 %. Řadu dní trvala situace, kdy větrné zdroje o instalovaném výkonu přes 40 GW dodávaly méně než 5 GW a jen díky zdrojům na biomasu, které dodávaly stabilně 5 GW, se obnovitelné zdroje dohromady držely na výkonu okolo 10 GW. K tomu můžeme připočíst jaderné zdroje, které dodávaly stabilně okolo 8 GW, takže výroba z jiných než fosilních zdrojů se pohybovala kolem 18 GW. V situaci, kdy se spotřeba pohybuje kolem 80 GW, to znamená, že přes 60 GW musí pokrývat záložní fosilní zdroje.

Mimo jiné z toho vyplývá, že alespoň v krátkodobém měřítku spalování uhlí a plynu nejspíše klesat nebude. V každém případě bez jádra, které má skončit v roce 2022, potřebuje Německo ve fosilních zdrojích okolo 70 GW. V současné době má okolo 51 GW uhelných zdrojů a plynových zhruba 26 GW, tedy s jistou rezervou tolik, kolik potřebuje, až odstaví všechny jaderné elektrárny. Představy některých aktivistů, že Německo nyní začne ve větším měřítku likvidovat fosilní elektrárny, jsou z největší pravděpodobností liché.

Francie měla z tohoto hlediska větší problémy, protože má menší zálohy, ale s problémem se vypořádala. Na rozdíl od Německa tam ovšem i během nepříznivé situace většinu elektřiny dodávaly nízkoemisní zdroje.

Jak to probíhá

Co se zatím v Německu během „Energetické změny“ vlastně děje? Po odstavení prvního velkého jaderného bloku v bavorské elektrárně Grafenrheinfeld v roce 2015 pokračoval i v roce 2016 propad ve výrobě elektřiny z jádra. Zatímco před začátkem Energiewende vyrobily jaderné elektrárny téměř 160 TWh ročně, což bylo zhruba 30 % celkové produkce elektřiny, tak nyní už je produkce u hodnoty okolo 80 TWh ročně, tedy hluboko pod výrobou z jednotlivých fosilních zdrojů, i když pořád téměř 15 % celkové produkce.

Dosavadní průběh německé Energiewende. Roční výroba různých zdrojů elektřiny v Terawatthodinách v jednotlivých letech. Data převzata z Fraunhofer ISE

I v loňském roce ještě pořád vyprodukovaly jaderné elektrárny více elektřiny než větrné. To se změní v tomto roce, kdy bude odstaven další velký blok v Bavorsku. V roce 2022 by měly být odstaveny všechny jaderné bloky a značná část nízkoemisní produkce tak zmizí. Ještě v minulém roce produkovaly jaderné zdroje 30 % těch nízkoemisních. Podívejme se nyní, čím mohou být nahrazeny.

Z průběhu výroby elektřiny v Německu je vidět, že celou dobu Energiewende se produkce z vody nemění, zůstává zhruba na úrovni 20 TWh, tedy jen zhruba 3,6 % celkové výroby. Jisté fluktuace jsou způsobeny změnami výše srážek. Nepomohla ani intenzivní dotační podpora vodních zdrojů, která umožnila vybudování řady malých decentrálních zdrojů, které jsou velmi užitečné při cestě k malé decentralizované efektivní energetice. Neřeší však potřebné významnější navýšení výroby elektřiny, které by umožnilo nahradit výpadek jádra.

Další možností je využití biomasy. V tomto případě došlo k rychlému navýšení zhruba mezi léty 2004 až 2010. Od té doby zůstává produkce elektřiny z biomasy zhruba stejná na úrovni 47 TWh, což je necelých 9 % celkové výroby elektřiny. Pravděpodobně už narazila na limity konkurence s výrobou potravin a ekologickými funkcemi krajiny. Dalším faktorem je, že Německo přestalo dotovat takové ekologické úlety, jako je dovoz kukuřice na velké vzdálenosti, třeba z Česka, pro vysoce dotovanou výrobu bioplynu pro produkci elektřiny nebo pálení dováženého dřeva v tepelných elektrárnách.

Složitější je skloubit výrobu elektřiny z biomasy s cílem snižování produkce oxidu uhličitého. Pochopitelně se při jejím spalování také uvolňují emise, oxidu uhličitého i opravdových škodlivin. Předpokládá se však, že při novém nárůstu této biomasy se tento oxid uhličitý zase z atmosféry pohltí. Jestliže však spalujete vzrostlé stromy zpracované na štěpku, tak ten cyklus trvá i osmdesát let a je otázka, jestli nám teď při snaze o rychlé snížení emisí takové využití biomasy v tomto pomůže. Z vývoje situace okolo biomasy v Německu a Velké Británii by se měla poučit hnutí Duha a Greenpeace, která ve svých energetických koncepcí staví z velké části právě na využití tohoto zdroje.

Ukázka průběhu produkce elektřiny v letních měsících (květen), kdy už v ideálních podmínkách dodá kolem poledne slunce téměř všechen potřebný výkon a navíc může i docela foukat.

Pro náhradu jádra tak může Německo využít pouze vítr a slunce. Je však otázka, do jaké míry se to podaří. U fotovoltaiky se po „boomu“ mezi lety 2007 a 2013 nárůst výkonu i výroby elektřiny z tohoto zdroje výrazně zpomalil. Změny v roční výrobě elektřiny jsou tak spíše dány vývojem povětrnostních podmínek v daném roce a už čtyři roky zůstává výroba elektřiny ze slunce zhruba stejná, okolo 37 TWh, což 7 % celkové produkce. V roce 2016 poklesla i při nárůstu instalovaného výkonu o 1 GW.

Zpomalení růstu výkonu a i výroby nejspíše hodně dáno poklesem dotovaných cen výkupu elektřiny z tohoto zdroje. Pro využití v Česku je základním poučením z Německa, že i při instalovaném výkonu dosahujícím velikosti celkové potřeby nedodá tento zdroj ani 10 % potřeb. Navíc je dominantně zodpovědný za vysoké poplatky na dotace do cen za obnovitelné zdroje v Německu.

U větrných zdrojů roste výkon i výroba stále. V roce 2016 byla sice i přes nárůst instalovaného výkonu o 5 GW celková výroba z větru nižší než v roce 2015, ale to je dáno i tím, že rok 2015 byl hodně výjimečný. Produkce z větrných zdrojů během něj poskočila opravdu hodně nahoru. Předloňský nárůst a loňský pokles tak mohou nejspíše být dány povětrnostními podmínkami. Větrné zdroje sice dodají v Německu 80 TWh ročně, což je okolo 14 % celkové spotřeby, ale je to díky větrnému severnímu pobřeží. V Bavorsku, které je geografií i dalšími vlastnostmi velmi blízké nám, dodávají větrné elektrárny jen pár procent celkových potřeb. Na to by měli myslet ti, kteří spoléhají na vítr u nás.

Také se zdá možné, že v těmito zdroji už hojně posetém Německu začínají převládat jiné dva faktory. Počasí bývá na celém území Německa – či alespoň na jeho významné části – stejné či velmi obdobné, a tak se tyto zdroje chovají jako jedna velká elektrárna. Buď tedy vyrábí většina, nebo naopak většina nevyrábí. Přitom instalovaný, tedy maximální technicky možný výkon ve fotovoltaice i ve větru už dosahuje hodnoty, která odpovídá celkové potřebě Německa. Především v jarních měsících, kdy fouká a zároveň svítí slunce, tak má Německo obrovské přebytky zdrojů a musí i větrné a fotovoltaické zdroje stále častěji vypínat.

Také stále chybí linie velmi vysokého napětí, které by transportovaly elektřinu z větrných farem na severu do průmyslového Bavorska. Podrobněji jsou tyto vlivy na průběh Energiewende popsány v nedávném článku.

Klíčový je ještě další aspekt. Byť celková produkce elektřiny z nízkoemisních zdrojů v Německu mírně stoupla, nárůst stále nestačí pro pokrytí dosud pracujících jaderných zdrojů – které se, připomínáme, mají během další pět let kompletně odstavit. Je tedy nezbytné, aby produkce z větrných a solárních zdrojů dále výrazně narostla. Problém ovšem je, jestli už nenarazily na zmíněné limity a nakonec část jaderné produkce nebudou muset nahradit zdroje fosilní. Jak tomu bude v reálu, uvidíme v nejbližších deseti letech.



CO s CO2

Dalším velkým německým cílem bylo snížení emisí oxidu uhličitého – a tady se Německu celkem evidentně nedaří zatím představy naplňovat. V letošním roce celkové emise oxidu uhličitého v Německu stouply o 0,8 %.

Viníkem přitom nejsou přímo elektrárny: v samotné elektroenergetice totiž emise CO 2 klesly o 1,6 %. Ovšem hlavní roli v tomto poklesu nehrály obnovitelné zdroje, ale významný nárůst využívání plynu, který nahradil část uhlí. Samotná výroba elektřiny z nefosilních, nízkoemisních zdrojů v součtu o něco klesla, protože silně poklesla produkce z jaderných bloků a slabě také z větrných a solárních elektráren. Mírný nárůst množství elektřiny z vody a biomasy to nestačil kompenzovat.

Emisi oxidu uhličitého lze průběžně sledovat na stránkách na stránkách https://electricitymap.tmrow.co/ . Takto vypadá situace v době, kdy není situace pro Německo úplně ideální, současný všední den s vyšší spotřebou a sice fouká, ale ne tak moc. Takto vypadá situace v době, kdy je situace pro Německo ideální, ráno po Silvestru je minimální spotřeba a docela dost fouká. Opět stránky https://electricitymap.tmrow.co/ z té doby.

Vinu za zvýšení emisí tedy mají jiné sektory, tedy průmysl, teplárenství a transport. Což je pro německé ambice pro snižování emisí dost velká rána. Proponenti Energiewende předpokládali, že horší výsledky v elektroenergetice způsobené odstavením jaderných bloků budou kompenzovány rychlým pokrokem v těchto oblastech.

Zdá se však, že se to příliš nedaří. I to je důvod, proč Německo neplní své plány na snižování emisí. Předpokládalo, že do roku 2020 sníží emise oproti hodnotám v roce 1990 o 40 %. Podle údajů z roku 2015 bylo tehdy snížení pouze o 27,2 % a loni se místo přiblížení k cíli od něj vzdálilo. Navíc v letošním roce odstaví Německo velký jaderný blok v Bavorsku a v roce 2020 další. Je velice nepravděpodobné, že se jejich produkce podaří nízkoemisními zdroji nahradit.

Často se poukazuje na to, že Německo má stále vyšší přebytek výkonu a stále vyšší export elektřiny. A že stačí část uhelných zdrojů zlikvidovat a hned se situace s emisemi zlepší. To ovšem není pravda. Právě zvyšující se podíl proměnných větrných a fotovoltaických zdrojů a snižování podílu stabilních jaderných zdrojů k této situaci vede. Jak už jsme zmínili, Německo musí zálohovat veškerý výkon větrných zdrojů a pokrývat jejich fluktuace, které nejsou moc předvídatelné. Velká část fosilních bloků tak musí pracovat, i když při nízkém výkonu, a musí být připravena na rychlý rozjezd. Zároveň musí být v provozu stabilní zdroje udržující stabilitu sítě, která umožňuje transport větrné elektřiny ze severu Německa na velké vzdálenosti na průmyslový jih.



Za kolik?

Průměrné ceny elektřiny pro domácnosti podle statistiky Evropské komise. Zeleně jsou vyznačeny daně a podíl daní a poplatků za dotované obnovitelné zdroje, růžově podíl distribuce a modře podíl ceny silové elektřiny. Je vidět, že velmi vysoká je cena v Dánsku, Německu a Itálii, naopak daleko nižší je cena ve Švédsku, Francii i Česku.

Výběr cesty k nízkoemisní energetice velmi silně ovlivňuje i cenu elektřiny pro spotřebitele. Nedávno uveřejněna statistická studie Evropské komise ukazuje, že nejvyšší je průměrná cena pro spotřebitele v Dánsku a Německu. Velká část elektřiny se tam platí čistě z dotací a poplatků za dotované obnovitelné zdroje. Zároveň v době, kdy hodně fouká a svítí slunce, může elektřina dosáhnout na burze i záporné ceny. Ovšem zajištěná dotovaná cena obnovitelných zdrojů, které v té době dodávkám dominují, se musí zaplatit z poplatku za obnovitelné zdroje. A německý i dánský spotřebitel zaplatí i za tu, která se vyveze mimo tyto státy.

Je velmi pravděpodobné, že v Německu i Dánsku i nadále tyto ceny a dotace nejen do obnovitelných zdrojů porostou. Cena instalace větrných či fotovoltaických zdrojů sice klesá a nejspíše bude i nadále ještě klesat. Jak však stále více budou v daných zemích tyto zdroje překračovat za ideálních podmínek potřebný výkon, budou se muset stále častěji vypínat. Cena za reálně dodanou elektřinu, která musí zaplatit i prostoje těchto zdrojů, tak poroste. Poroste i cena za udržování stability a posilování sítě. A také za zálohování a práci fosilních zdrojů v horké rezervě.



Konec roku jako krásný případ stavu v situaci pro německou produkci OZE ideální. Je malá spotřeba a hodně fouká. V principu by se dal v některých chvílích pokrýt větrem skoro celý potřebný výkon. Problém je, že pro pokrytí vysoké a těžko předvídatelné fluktuace větrných zdrojů musí být v horké pohotovosti a v činnosti stále i dostatečný počet klasických zdrojů. Navíc jsou větrníky na severu a pro udržení sítě a bezpečnou dopravu elektřiny ze severu na jih musí být po cestě stabilní regulovatelné zdroje. Je také pěkně vidět, co dělají fluktuace v síle větru s cenou silové elektřiny na burze. Zeleně je vyznačeno pokrytí výkonu obnovitelnými zdroji, šedě těmi konvenčními a světle modrou čarou pak ceny silové elektřiny na burze.

Do dekády a do dne!

V těchto letech se začíná v Evropě realizovat několik zásadních rozhodnutí, které mohou ovlivnit nejen emise oxidu uhličitého. Velká Británie, Maďarsko a Finsko začaly pracovat na své cestě k nízkoemisní elektroenergetice pomocí kombinace jaderných a obnovitelných zdrojů. Německo naopak začalo dokončovat svůj odchod od jaderné energetiky.

Výsledek protikladných rozhodnutí různých evropských států uvidíme zhruba za deset let. V té době už budou odstaveny všechny jaderné bloky v Německu a snad postavena i vedení od větrných parků na severu k průmyslovému Bavorsku na jihu. Měly by být také dobudovány jaderné bloky ve Velké Británii, Finsku a Maďarsku. Bude tak možné srovnat, k jakým emisím z elektroenergetiky povede bezjaderná cesta Německa, Dánska a Rakouska ve srovnání s kombinací jádra a obnovitelných zdrojů u Francie, Maďarska, Finska, Slovenska, Švédska a Švýcarska. Uvidíme, jak bude vypadat mapa emisí CO 2 za zmíněných deset let. Zda bude Anglie, Finsko a Maďarsko zelené jako nyní Francie nebo Švédsko a jak bude barevné Německo a Dánsko.

Vladimír Wagner Je český jaderný fyzik. Pracuje na oddělení jaderné spektroskopie v Ústavu jaderné fyziky AVČR v Řeži u Prahy. Zabývá se výzkumem horké a husté jaderné hmoty pomocí srážek relativistických těžkých iontů a možnosti transmutace jaderného odpadu intenzivními toky neutronů Byl členem Nezávislé energetické komise II, která pod vedením Václava Pačesa a Dany Drábové připravovala pro Ministerstvo průmyslu a obchodu analýzu stavu a perspektiv vývoje české energetiky.



V celosvětovém měřítku závisí budoucnost jaderné energetiky a jejího využití k cestě za nízkými emisemi na úspěchu reaktorů III. generace, v budoucnu pak na nových reaktorech generace IV i v podobě malých modulárních reaktorů. Podrobný rozbor stavu jaderné energetiky, vývoje nejen v minulém roce a výhledu do budoucna najdete v mém článku na Osel.cz.

S pomocí veřejně dostupných zdrojů lze ovšem průběžný vývoj různých parametrů elektroenergetik jednotlivých zemí a jeho ekologické dopady vidět už dnes. A je vidět, že Energiewende zatím nevede ke snížení emisí oxidu uhličitého, reálně se naopak dosáhne nízkých emisí kombinací jádra a obnovitelných zdrojů. Nevede ke snížení dovozu fosilních paliv a snížení závislosti na fluktuaci jejich cen, naopak dovoz plynu i černého uhlí je vysoký. Pokud se nepotvrdí potenciál těžby plynu z břidlic, která přispěla i ke snížení ceny černého uhlí, může to mít na ceny elektřiny v Německu dramatické dopady. Ceny elektřiny pro spotřebitele v Německu nepřestávají růst a to ještě hlavní etapa Energiewende, která má potenciál pro jejich dramatickou eskalaci, teprve začíná. Moc bych si přál, aby ekologicky zaměření čtenáři nad těmito fakty přemýšleli.