14.4.2024 | Svátek má Vincenc


OZE: Potřebný zázrak neexistuje

29.2.2024

Mnoho vlád v západním světě se zavázalo k „nulovým čistým“ emisím uhlíku v blízké budoucnosti. USA i Velká Británie tvrdí, že toho dosáhnou do roku 2050. Všeobecně se věří, že větrná a solární energie toho může dosáhnout. Toto přesvědčení vedlo mimo jiné vlády USA a Velké Británie k podpoře a rozsáhlým dotacím větrné a solární energie.

Tyto plány mají jedinou osudovou chybu: jsou závislé na bláhové představě, že existuje nějaký cenově dostupný způsob, jak ve velkém měřítku skladovat přebytečnou elektřinu.

V reálném světě výkon větrných farem často klesá pod 10 % jejich jmenovité „kapacity“ po několik dní. Solární energie každou noc zcela mizí a během zamračených dnů klesá o 50 % nebo více. „Kapacita“ je pro větrnou nebo solární elektrárnu do značné míry nesmyslný údaj, k tomu, aby se časem energeticky nahradila konvenční elektrárna o výkonu 1000 MW, je zapotřebí přibližně 3000 megawattů (MW) větrné a solární kapacity: a ve skutečnosti, jak uvidíme, bude konvenční elektrárna nebo něco jí velmi podobného často zapotřebí i poté, co budou větrné a solární elektrárny v provozu.

Vlády zemí se značným množstvím větrných a solárních elektráren si vytvořily očekávání, že mohou jednoduše pokračovat ve výstavbě dalších, dokud nebude dosaženo čisté nuly. Skutečnost je taková, že mnohé z nich udržují světla v chodu jen díky tomu, že využívají stávající fosilní elektrárny jako zálohu pro období slabého větru a slunce. To s sebou přináší nový provozní režim, kdy stanice, které byly navrženy pro nepřetržitý provoz, musí sledovat nepředvídatelné výkyvy větrné a sluneční energie. V důsledku toho se zvýšily náklady na provoz a údržbu a mnoho stanic muselo být odstaveno.

Ve skutečnosti je již běžné, že účinné plynové turbíny s kombinovaným cyklem jsou nahrazovány turbínami s otevřeným cyklem, protože je lze snadno přiškrcovat a snižovat, aby podpořily rychle se měnící výkon větrných a solárních elektráren. Plynové turbíny s otevřeným cyklem však spalují přibližně dvakrát více plynu než plynové turbíny s kombinovaným cyklem. Přechod na stroje s vysokými emisemi v rámci snahy o snížení emisí je upřímně řečeno šílenství!

Některým zemím pomáhá, že jejich energetické systémy jsou podporovány velkými propojovacími sítěmi se sousedními regiony, které mají k dispozici přebytek energie. Stále problematičtější francouzská jaderná flotila, která dříve měla v zásobě spoustu volné energie, dlouho pomáhala tomu, aby plány na obnovitelné zdroje energie vypadaly v celé západní Evropě prakticky.

Tato situace však není dlouhodobě udržitelná. V rámci plánů čisté nuly budou muset všechny státy vyrábět mnohonásobně více elektřiny, než mohou vyrábět nyní, protože velká většina naší současné spotřeby energie je zajišťována přímým spalováním fosilních paliv. Sousední regiony nebudou schopny zajistit potřebnou záložní energii; emise z plynových turbín s otevřeným cyklem (nebo z nových uhelných elektráren, jako je tomu v současnosti v případě Německa) se stanou nepřijatelnými; více stávajících elektráren se základním zatížením bude nuceno odstavit kvůli nárazovému nárůstu obnovitelných zdrojů; stále více větrné a solární energie bude muset být draze vyřazeno, když bude svítit slunce a foukat vítr.

Ceny elektřiny prudce vzrostou, čímž se zdraží víceméně všechno, a bude docházet k častým výpadkům proudu.

Nic z toho není těžké vyřešit. Nepomůže ani budování ještě větší kapacity obnovitelných zdrojů: ani desetinásobek či stonásobek nominálně potřebné „kapacity“ by za chladného bezvětrného večera nikdy nezvládl práci.

Plán obnovitelných zdrojů může zachránit jen jedna věc. Problém by vyřešilo rozumně nákladné a rozsáhlé skladování energie, které by stačilo k tomu, aby se světlo rozsvítilo minimálně na několik dní.

Jaké jsou možnosti?

Nejprve musíme zvážit rozsah problému. Poměrně jednoduché výpočty ukazují, že Kalifornie by potřebovala více než 200 megawatthodin (MWh) skladování na jeden instalovaný MW větrné a solární energie. Německo by si pravděpodobně vystačilo se 150 MWh na MW. Možná by se to dalo zajistit formou baterií?

Současné náklady na bateriové úložiště činí přibližně 600 000 USD na MWh. Na každý MW větrné nebo solární energie v Kalifornii by bylo třeba vynaložit 120 milionů dolarů na skladování. V Německu by to bylo 90 milionů dolarů. Větrné elektrárny stojí přibližně 1,5 milionu dolarů na MW, takže náklady na bateriové úložiště by byly astronomické: 80krát vyšší než náklady na větrnou elektrárnu! Dalším velkým omezením by bylo, že takové množství baterií prostě není k dispozici. V současné době se netěží dostatek lithia, kobaltu a dalších vzácných nerostů. Pokud budou ceny dostatečně vysoké, nabídka se rozšíří, ale ceny jsou již nyní směšně, neskutečně vysoké.

Některé země sázejí na přečerpávací vodní elektrárny. Zde se jedná o to, že za slunečných a větrných dnů se pomocí elektřiny čerpá voda do vysokých nádrží s využitím přebytku obnovitelných zdrojů: když je tma a bezvětří, voda se pak nechá proudit zpět dolů přes generátorové turbíny jako v normální vodní elektrárně.

V Číně, Japonsku a Spojených státech bylo vybudováno mnoho přečerpávacích systémů, které však mají zásoby postačující pouze na 6 až 10 hodin provozu. To je nepatrné ve srovnání s několikadenní akumulací, která je potřebná k zálohování větrné a solární energie v běžných obdobích bezvětří a klidu. Je zapotřebí mnohem větších jezer v horní a dolní části systému. Existuje jen velmi málo míst, kde lze vytvořit dvě velká jezera, přičemž jedno se nachází 400-700 m nad druhým a horizontálně je od sebe dělí méně než 5-10 km. Taková lokalita musí mít také dostatečnou zásobu doplňkové vody, aby se vyrovnala se ztrátami způsobenými odpařováním z obou jezer. Dalším problémem je, že nejméně 25 % energie se ztrácí při čerpání a následné výrobě.

Přečerpávací vodní elektrárny budou zřídkakdy proveditelnou variantou. V celostátním měřítku nemůže problém vyřešit ani v zemích, jako jsou USA, které mají mnoho hor.

Zachycování a ukládání uhlíku (CCS) pro elektrárny na fosilní paliva je rovněž propagováno jako způsob, jak se vyhnout problémům větrné a solární energie. Nejedná se však o technologii, ale pouze o zbožné přání. Navzdory mnohaleté práci a obrovským finančním výdajům zatím nikdo nevymyslel technologii, která by CCS zajistila ve velkém měřítku a s nízkými náklady. I kdyby zachycování fungovalo a nespotřebovávalo většinu nebo veškerou vyrobenou energii, ukládání oxidu uhličitého je obrovský problém, protože na každou spálenou tunu uhlí připadají tři tuny oxidu uhličitého.

Vodík je další technologií, která je často navrhována pro skladování energie: jeho problémy jsou však četné. V současné době se vodík vyrábí ze zemního plynu (tzv. „modrý“ vodík). To však bude muset ve světě s nulovou čistou spotřebou skončit, protože tento proces vypouští velké množství uhlíku: zemní plyn by se mohl rovnou spálit. Správný „zelený“ vodík bez emisí se vyrábí z vody za použití obrovského množství elektrické energie, jejíž 60 % se při tomto procesu ztrácí. Skladování vodíku a manipulace s ním je nesmírně obtížná, protože vodík je velmi malá molekula a proniká téměř vším. V lepším případě to znamená, že velká část uskladněného vodíku bude pryč, než ho budete chtít použít: v horším případě to znamená ničivé požáry a výbuchy. Extrémně nízká hustota vodíku také znamená, že by se musely skladovat jeho obrovské objemy a často by se musel skladovat a zpracovávat kryogenně, což by způsobilo ještě větší ztráty, náklady a rizika.

Závěr je jednoduchý. Pokud se nestane nějaký zázrak, není možné, aby byla v potřebném časovém horizontu vyvinuta vhodná technologie skladování. Současná politika, která pouze vnucuje větrnou a solární energii a doufá v zázrak, byla památně a správně přirovnána ke „skoku z letadla bez padáku a doufání, že padák bude vynalezen, dodán a připevněn ve vzduchu včas, aby vás zachránil před dopadem na zem“.

Větrná a solární energie musí být téměř stoprocentně podpořena jinými způsoby výroby energie. Pokud bude tato záloha tvořena plynem s otevřeným cyklem nebo, ještě hůře, uhlím, čisté nuly nikdy nedosáhneme: ani se jí příliš nepřiblížíme.

Existuje jedna technologie, která může zajistit levné a spolehlivé dodávky elektřiny s nízkými emisemi: jaderná energie. Zájem o jadernou energii roste, protože si stále více lidí uvědomuje, že je bezpečná a spolehlivá. Pokud by se podařilo přesvědčit regulační orgány a veřejnost, že moderní elektrárny jsou ze své podstaty bezpečné a že nízká úroveň jaderného záření není nebezpečná, mohla by jaderná energie poskytovat veškerou levnou elektřinu s nízkými emisemi, kterou svět potřebuje, po stovky nebo tisíce let.

Kdybychom však měli stoprocentní jadernou zálohu pro solární a větrné elektrárny, větrné a solární elektrárny bychom vůbec nepotřebovali.

Větrné a solární elektrárny jsou ve skutečnosti zcela zbytečné.

Bryan Leyland

Autor je inženýr energetických systémů s více než 60 lety zkušeností s projekty po celém světě.