Dekarbonizace a ochrana klimatu: Co to je a jak se týká České republiky?

Dekarbonizace - slovo, které slyšíme čím dál častěji. Ale co přesně znamená? Jak se bez uhlí, ropy a plynu změní naše ekonomika, průmysl a každodenní život?

„Chceme lidem pomoct zorientovat se v tom, jak by mohla vypadat cesta k ochraně klimatu a budoucí prosperitě v Česku a o čem se vlastně v tomto tak často diskutovaném tématu jedná. Kurz přináší ucelený přehled o tom, kde vznikají české emise a jak je lze systematicky snižovat.

„Rámec ABC dekarbonizace vznikl proto, abychom české emise dokázali lépe pochopit a dokázali je systematicky porovnat. Kurz staví na dlouhodobé datové práci Fakta o klimatu a na nejnovějších vědeckých poznatcích. Součástí jsou rozhovory s experty a expertkami z oblasti energetiky, průmyslu, ekonomiky i společenských věd. Účastníci tak získají nejen přehled o technologiích a strategiích, ale i porozumění souvislostem, které rozhodují o úspěchu dekarbonizace. Kurz představuje základní kámen pro otevřenou a informovanou diskuzi o klimatické změně v Česku. Pomáhá rozlišit smysluplné kroky od marketingových slibů a nabízí společný jazyk pro experty, učitele, politiky i širokou veřejnost.

Online kurz je volně dostupný na dekarbonizujemecesko.cz. Je určen všem, kteří mají zájem podílet na efektivní, datově podložené dekarbonizaci Česka. Ať se jedná o specialisty udržitelnosti ve firmách, učitele, studenty nebo jednoduše všechny, kteří se chtějí dozvědět data a fakta.

Kurzem provází Petr Holík, absolvent Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity, který se více než 10 let věnuje komunikaci i popularizaci vědy a nenásilné komunikaci.

Čtěte také: Liberecký kraj a kvalita ovzduší

Kurz Dekarbonizujeme Česko je součástí širších aktivit organizace Fakta o klimatu, která usiluje o to, aby diskuze v naší zemi o klimatických změnách byla věcná, kultivovaná a založená na vědeckých poznatcích a ověřených datech. Fakta o klimatu už 5 let pravidelně publikují přehledné infografiky, explainery i odborné studie na témata dekarbonizace a ochrany klimatu.

Současná situace českého teplárenství

Teplárenství dodává v Česku teplo do více než třetiny domácností. Dálkové vytápění hraje v dodávkách tepla v současném Česku významnou roli. Zároveň je s ním spojeno velké množství emisí skleníkových plynů. Celkově se ve formě dálkového tepla v roce 2023 v Česku spotřebovalo asi 120 PJ energie. Jeden PJ (petajoule) je milion miliard (10¹⁵) joulů.

Naprostá většina dálkového tepla se dnes v Česku vyrábí spalováním paliv, z velké části fosilních (uhlí a zemního plynu). Třetím nejvýznamnějším zdrojem dálkového tepla je biomasa. Při výrobě tepla z fosilních paliv vznikají emise skleníkových plynů (významné jsou zejména při spalování uhlí). Pro snížení emisí v teplárenství je tedy nutné fosilní část výroby nahradit.

Na rozdíl od elektrizační soustavy, která je v celé zemi propojená, tyto teplárenské soustavy navzájem propojené nejsou, neboť teplo má jiné vlastnosti než elektřina a rozvádět jej na vzdálenost několika set kilometrů se nevyplatí.

Kromě rezidenčních a administrativních budov zásobují teplárny často i průmyslové podniky. Zde může teplo sloužit pro samotné výrobní procesy - např. zahřívání, tavení nebo sušení. Teplárenství má v Česku významnou roli. Podle evropského srovnání z roku 2017 zásobovalo dálkové teplo v Česku asi 40 % domácností.

Čtěte také: Studium ekologie v Olomouci

Transformace českého teplárenství

Současné české teplárenství čeká velká proměna: nejen kvůli dekarbonizaci a splnění závazků spojených s Pařížskou dohodou, ale i kvůli potřebě celkové modernizace. Konkrétně to znamená, že v dalších cca 5 letech české teplárenství pravděpodobně dokončí již probíhající přechod od uhlí k zemnímu plynu (a zčásti také k dalším palivům jako biomasa či zbytkový odpad).

Dnes se v Česku ve velkém plánuje a realizuje odklon od uhlí (a přechod převážně k zemnímu plynu). Vedle ekonomických důvodů to má i další velmi pragmatický důvod: v rámci stávajících těžebních limitů postupně dochází uhlí pro teplárenství. Kromě moderních plynových kogeneračních zdrojů je v Česku v plánu také výstavba nových teplárenských zdrojů na biomasu a nových spaloven odpadu. Teplárny Brno rovněž plánují okolo roku 2030 zprovoznit 42 km dlouhý horkovod z Dukovan.

Po zkušenostech z plynové krize v letech 2021-2022 se dnes každá teplárna snaží své zdroje tepla aspoň zčásti diverzifikovat. Kromě toho se budou i v tomto krátkodobém horizontu už pravděpodobně objevovat první příklady využití moderních technologií založených na elektřině, které blíže popisuje další část textu, věnovaná období 2030-2050. V nejbližších letech půjde hlavně o elektrokotle, jež mohou sloužit ke stabilizaci sítě při přebytku elektřiny.

Na rozdíl od často mediálně diskutovaných mařičů dokážou elektrokotle v teplárnách využít nadbytečnou energii ve formě tepla a toto teplo následně dodat zákazníkům. K využití tepla mohou sloužit i menší akumulační zásobníky (zjednodušeně řečeno velké „termosky“), které umožní tuto nárazově dostupnou energii uložit a využít později.

Dosáhnout po tomto přechodu na jiná paliva další významné redukce emisí je stále možné, ale bude to už náročnější. Vyžaduje to totiž hlubší proměnu fungování tepláren - směrem k (částečné) elektrifikaci, kombinování více zdrojů tepla, akumulaci tepla, chytrému řízení provozu a úsporám energie.

Čtěte také: Současná ochrana přírody

Zemní plyn jako přechodné řešení

Zemní plyn je stejně jako uhlí fosilní palivo - dává vůbec taková náhrada uhlí z hlediska ochrany klimatu smysl? Při spalování zemního plynu vzniká méně emisí než při spalování uhlí. Plynové elektrárny a teplárny jsou účinnější než uhelné.

• Konkrétně: při výrobě 1 kWh tepla spálením hnědého uhlí vzniká cca 400 g CO₂, při spalování zemního plynu je to cca 200 g CO₂.

Energie chemické vazby u zemního plynu (neboli metanu, CH₄) je jednoduše 2× vyšší na každý obsažený atom uhlíku než v případě uhlí. Zemní plyn má sice v současnosti nemalé nepřímé emise spojené s úniky při jeho těžbě a transportu (metan je sám o sobě silným skleníkovým plynem) a celkový emisní přínos přechodu od uhlí je tedy nižší, únikům metanu při těžbě a transportu však lze bránit relativně jednoduchými technickými opatřeními. Z velké části je to tedy řešitelný problém.

Je důležité dodat, že konec využití uhlí na výrobu dálkového tepla je poměrně složitý koordinační problém. Těžba uhlí má totiž vysoké fixní náklady, proto se ekonomicky vyplatí jen při relativně vysokém odběru uhlí.

Využití zemního plynu dává do budoucna smysl hlavně jako doplněk k obnovitelným (či jaderným) zdrojům elektřiny a tepla. Přechod na zemní plyn ale není řešením pro úplnou dekarbonizaci výroby dálkového tepla.

Dekarbonizace teplárenství po roce 2030

Další dekarbonizace teplárenství po roce 2030 bude spočívat v nahrazení velkého objemu výroby dálkového tepla ze zemního plynu (cca 60-70 % dálkového tepla) výrobou z jiných zdrojů, které budou mít ve srovnání s plynem výrazně nižší emise. Kromě skleníkových plynů půjde v dalších dekádách i o energetickou bezpečnost - o výrazné snížení závislosti Česka na dovozu zemního plynu.

Druhou možností je vyrábět dálkové teplo pomocí nízkoemisní elektřiny (s využitím tepelných čerpadel a elektrokotlů). Ani tato technologie ale nemůže v Česku z ekonomických důvodů snadno a rychle nahradit veškerou spotřebu zemního plynu - během topné sezóny by totiž musel být k dispozici dostatek levné nízkoemisní elektřiny.

V praxi tak bude pravděpodobně probíhat obojí - jak částečná elektrifikace výroby tepla, která sníží spotřebu zemního plynu, tak nahrazení alespoň části zbývajícího plynu nízkoemisními palivy, jako je biometan. Velká část tepláren bude schopna výrobu tepla pomocí elektřiny a pomocí nízkoemisních paliv kombinovat a oba způsoby bude možné díky chytrému řízení efektivně střídat podle aktuální situace na trhu s elektřinou.

Podíl spaloven odpadu na výrobě tepla je v dlouhodobém horizontu nižší než v krátkodobém, popsaném v předchozí sekci - předpokládá se totiž vyšší míra recyklace a snaha předcházet tvorbě odpadu. Naopak mírně vzrůst by mohlo využití jaderného tepla (v případě využití malých modulárních reaktorů).

Úspory energie

Úspory sníží jednak náklady a jednak požadavky na množství nízkoemisních paliv (např. biometan má v Česku omezený potenciál a čím úsporněji s ním bude nakládáno, tím více energetických potřeb může naplnit). Energetická renovace budov připojených k teplárenským soustavám - kvalitně renovovaný dům spotřebuje ve srovnání s domem bez renovace jen zlomek energie. To obzvláště platí při mrazivých teplotách a tak soustava s úspornými domy potřebuje méně záložních zdrojů tepla pro období nejhlubších mrazů (a spotřebuje v těchto zdrojích méně paliva).

Optimalizace provozu teplárenských soustav může rovněž přinést značné úspory energie. Renovace rozvodné sítě, tam kde je síť neúsporná - jde hlavně o náhradu zbývajících parních rozvodů do rezidenčních budov za efektivnější teplovodní.

Nízkoemisní elektřina a tepelná čerpadla

Významného snížení emisí skleníkových plynů v českém teplárenství lze jen těžko dosáhnout bez výroby tepla pomocí nízkoemisní elektřiny. Nejdůležitější budoucí technologií jsou v tomto ohledu tepelná čerpadla. V teplárně fungují úplně stejně jako v rodinném domě - pomocí elektřiny čerpají obnovitelné teplo z chladnějšího okolního prostředí do teplé vody v teplárenských rozvodech. V Evropě velká tepelná čerpadla už v řadě teplárenských soustav fungují, například ve Vídni či ve Stockholmu.

Proč je tepelné čerpadlo tak účinné? Na rozdíl od odporového ohřevu elektřinou (při němž se podle zákona zachování energie z 1 kWh elektřiny vyrobí 1 kWh tepla) nevyrábí tepelné čerpadlo teplo z jiné formy energie, ale využívá už existující teplo z venkovního prostředí. Pomocí uzavřeného cyklu, ve kterém speciální chladivo neustále mění tlak a skupenství, dokáže čerpadlo přesouvat teplo z chladnějšího venkovního prostředí do teplejšího prostředí vody v teplárenských rozvodech.

Účinnost tepelného čerpadla klesá s rostoucím rozdílem teplot okolního prostředí a výstupní ohřáté vody. Pro účinnost je tedy důležité získat zdroj okolního tepla o co nejvyšší teplotě (zejména během zimy, kdy je dálkového tepla potřeba nejvíce) a současně vystačit s co nejchladnější vodou v teplárenských rozvodech (ideálně v rozmezí 60-80 °C).

Zdroje tepla pro tepelná čerpadla:

• Odpadní teplo z čistírny odpadních vod. V důsledku biologických procesů probíhajících v čistírně je vytékající voda i během zimy poměrně teplá, mezi 10-15 °C.
• Další odpadní teplo z klimatizací obchodních domů, datacenter, průmyslových procesů, elektráren apod. může být teplotně poměrně stálým zdrojem.
• Voda z řeky mívá v zimě vyšší teplotu než vzduch.
• Okolní vzduch je jako zdroj tepla technicky nejsnáze využitelný. Jeho nevýhodou je, že v zimě může výrazně klesat jeho teplota, a tedy i účinnost využití čerpadla.
• Geotermální vrty mohou poskytovat teplo vysoké teploty (dle hloubky vrtu).

Hlavním limitem pro využití tepelných čerpadel je cena elektřiny, zejména během topné sezóny. Jejich využití nedává ekonomicky smysl při drahé elektřině (tehdy je provozně levnější spalovat zemní plyn). Proto rozšíření tepelných čerpadel stojí na takové transformaci elektroenergetiky, která zajistí levnou elektřinu dostatečně často i během zimy (tedy hlavně na větrné a jaderné energetice).

Dnes mohou teplárny tento limit částečně obejít využitím vlastní elektřiny - současným využitím tepelného čerpadla a plynové kogenerace, která dodá elektřinu na provoz čerpadla.

Kromě tepelných čerpadel lze v teplárenství nasadit také elektrokotle, jež mohou dobře využívat nárazové přebytky obnovitelné elektřiny (např. solární elektřiny v poledne během letních měsíců) a tím bránit jejímu maření. Výhodou kotlů oproti tepelným čerpadlům je řádově nižší pořizovací cena (na jednotku tepelného výkonu). Díky tomu jsou pro takové nárazové využití vhodnější než tepelná čerpadla. Jejich nevýhodou je výrazně nižší účinnost ve srovnání s čerpadly - z 1 kWh elektřiny vyrobí cca 1 kWh tepla.

Budoucnost paliv v teplárenství

Dnes jsou paliva hlavním zdrojem dálkového tepla a bude tomu tak i okolo roku 2030. Důležitou roli budou nicméně hrát zřejmě i ve vzdálenější budoucnosti - hlavně při výrobě dálkového tepla v hodinách, dnech a týdnech, kdy bude elektřina hodně drahá. V těchto obdobích mohou nahrazovat nebo doplňovat výrobu tepla pomocí elektřiny a tím teplárnám snižovat provozní náklady.

V budoucnu budou v teplárenství důležitými palivy hlavně zemní plyn, biomasa, biometan a zbytkový odpad. Kogenerační zdroje (které dokážou z uvedených paliv vyrábět jak elektřinu, tak teplo) mohou kromě toho pomáhat stabilizovat elektrickou síť - vyrábět elektřinu v období, kdy je jí nedostatek. V posledních desetiletích v Česku probíhá postupný přechod k čistším palivům: od uhlí k zemnímu plynu a částečně k biomase.

Akumulace tepla

Teplo lze ve formě horké vody relativně snadno a efektivně uložit na později. S tím má praktické zkušenosti každý, kdo má doma elektrokotel a využívá nízký tarif - voda se v zásobníku ohřívá během dne v časech, kdy je to ekonomicky výhodnější, protože elektřina v nízkém tarifu je levnější. Díky dobré izolaci vydrží voda horká na pozdější hodiny, kdy je její spotřeba vyšší.

Akumulace tepla umožňuje do určité míry časově oddělit výrobu od spotřeby a tím získat při řízení výroby tepla určitou flexibilitu. Kromě tohoto krátkodobého řízení mohou akumulační nádrže sloužit i k sezónní akumulaci tepla, vyrobeného mimo topnou sezónu (například pomocí fototermických panelů).

Akumulace v teplárenství tak může mít dvojí efekt. Zaprvé může zvýšit podíl tepla, které lze s rozumnými náklady vyrobit pomocí elektřiny. V současném Česku dává zatím ekonomicky smysl pouze krátkodobá akumulace (např. v kombinaci s elektrokotli na využití přebytků solární elektřiny v období jaro-podzim).

Výzvy a strategie pro dosažení cíle dekarbonizace

Dekarbonizační cíl po roce 2030 je jednoduchý: nahradit převážnou většinu výroby tepla ze zemního plynu kombinací výroby pomocí elektřiny a nízkoemisních paliv. Není však zdaleka snadné se k tomuto cíli dostat.

Přestože národní energetické strategické dokumenty (jako je Vnitrostátní plán České republiky v oblasti energetiky a klimatu z roku 2024) zahrnují i teplárenství, nadále v tomto sektoru chybí jasná a sdílená dlouhodobá strategie. Taková, která by byla provázána se strategií rozvoje elektroenergetiky a strategií renovace budov a předvídatelně by se odrážela v nastavení regulací (včetně cenových), dotační podpory a podpory výzkumu a pilotních projektů v teplárenství.

Nízkoemisní výroba může být dražší a může s ní být spojeno vyšší riziko než u konvenční výroby. Má sice často nižší provozní náklady, ale vyžaduje vysoké investice, které úspora provozních nákladů nemusí kompenzovat. Budoucí provozní náklady navíc není vždy snadné odhadovat (zejména budoucí ceny elektřiny). Celková cena elektřiny (bez níž se neobejdou tepelná čerpadla) je dnes příliš vysoká. To je obecnější problém pomalé transformace elektroenerget...

tags: #dekarbonizace #ochrana #klimatu #co #to #je

Oblíbené příspěvky:

• Hluboké talíře šetrné k životnímu prostředí
• Využití biomasy v ČR
• Rozšiřování našeho poznání přírody
• Jak vyčistit odpad myčky Siemens?
• Lesní jezera v ohrožení