Obnovitelné zdroje energie: Diskuze pro a proti

Často lze sledovat diskuze na téma, zda ten nebo onen energetický zdroj nebo mix zdrojů je schopen zajistit energetické potřeby. Málo se však objevují studie nebo alespoň pokusy spočítat, jak by si tyto zdroje poradily v konkrétní situaci, respektive s podmínkami konkrétního roku.

Vysloví-li někdo námitku, že zdroje závislé na počasí - větrné a solární elektrárny, jsou nespolehlivým zdrojem, je ujištěn, že pokud nesvítí slunce nebo nefouká vítr u nás, můžeme elektřinu přivézt z okolních států nebo přebytky uložit.

Analýza dat z ČR a Německa

Následující vstupní data jsou převzata ze stránek ČEPS - data z ČR a Agora Energiewende data z Německa.

Na grafech 1, a 2 je relativní výkon (v %) českých (žluté hroty) a německých (modrá křivka) solárních elektráren v lednu (graf 1) a srpnu (graf 2) 2016. Není žádným překvapením, že solární elektrárny fungují i na poměrně velkém území jako jediná neregulovatelná elektrárna.

Srovnání relativního výkonu českých (modré pole) a německých (růžová křivka) větrných elektráren (VE) v lednu a srpnu 2016 je na grafech 3 (leden) a 4 (srpen). Vidíme, že i větrné elektrárny vykazují značnou synchronizaci výkonu.

Čtěte také: Význam obnovitelné energie

Je to dobře vidět například v období 15. - 20. 8., kdy v obou státech dodávaly VE méně než 10 % výkonu. Podobná situace byla i 5. - 7. ledna. Naopak v závěru ledna bylo velmi větrné počasí v obou státech.

Dopady synchronizace výkonu OZE

Tento efekt má dva základní dopady, které spolu navíc souvisí.

• Pokud by měly sousední státy vysoký podíl zdrojů závislých na počasí (vítr a slunce) nemohou se spoléhat na to, že v případě nedostatku dovezeme od sousedů.
• Bude-li však silně foukat a ještě bude jasné počasí, budou přebytky nejen u nás, ale i u sousedů.

Neboli: při nedostatku energie bude postiženo území velké části Evropy a i kdyby se nám podařilo elektřinu dovézt, bude velmi drahá, protože máme velkého souseda s velkou spotřebou energie - Německo.

Řízení zdrojů a spotřeby energie

Dispečer má k dispozici data o spotřebě elektřiny v ČR v období 1. 1. 2016 - 31. 10. 2017. Zároveň disponuje daty o relativním výkonu větrných a solárních elektráren za stejné období.

Dispečer podle potřeby postupně připojuje jednotlivé typy zdrojů v pořadí: jaderné - biomasa - uhelné - vodní - vybíjení akumulačních zdrojů (jsou-li k dispozici) - plynové - (dovoz) tak, aby byla zajištěna aktuální potřeba. Solární a větrné elektrárny nejsou regulovány a dodávají elektřinu podle aktuální denní (roční) doby a aktuálních meteorologických podmínek. Ostatní zdroje pak dodají zbytek. Dispečer nepředvídá. Snaží se jen využít dostupné zdroje k zajištění potřeby v daném okamžiku.

Čtěte také: České startupy a energie

Na základě využití daných zdrojů během roku, spočítá celkovou produkci jednotlivých zdrojů za rok, využití zdroje v % a emise CO2. Výpočet se u jednotlivých zdrojů při srovnání s „Roční zprávou o provozu ES ČR“ liší u jednotlivých položek v rozsahu jednotek procent. Dalším výstupem jsou grafy, zobrazující průběh roku.

Energetická revoluce a její výzvy

Následující zadání představuje stejné období, ovšem mix odpovídá pokročilému scénáři Energetické revoluce (ER pro ČR) zde od organizace Greenpeace pro rok 2050. Z výpočtu mimo jiné vyplývá, že bychom potřebovali přes 17 miliónů tun biomasy pěstované na ploše více než 1,7 miliónů ha při výnosech 10 tun suché hmoty z ha. Představuje to téměř polovinu veškeré zemědělské půdy.

Dalším problémem je nestabilita dodávek. V srpnu by při slabém větru a zejména v nočních hodinách chybělo až kolem 3 GW výkonu. Akumulace řeší problém jen málo, protože přebytky jsou nedostatečné.

Jak je vidět, i v srpnu by mix navrhovaný ER pokryl naši spotřebu jen výjimečně. Výše zmíněný deficit 3 GW musí někdo v zahraničí vyrobit a k nám dovézt.

Ještě výraznější to je v lednu. Více než ¼ doby bude deficit 3 - 4 GW. Shodou okolností jde o stejné období, kdy je výkon Německých větrných elektráren pod 25 % instalovaného výkonu.

Čtěte také: Více o sluneční energii

Fiktivní příklad maximálního nasazení OZE

Následující fiktivní příklad ukazuje situaci, kdy bychom mix postavili velkoryse na obnovitelných zdrojích a stejně velkoryse vybudovali akumulační úložiště. Instalovaný výkon solárních elektráren by byl 17 GW - tj. asi 2 x více, než navrhuje ER (8,7 GW) a více než 8 x více než je současný stav. Výkon větrných elektráren pak 12 GW - tj. dvojnásobek návrhu ER (5,8 GW) a cca 40 x více než je nynější výkon VE. Představuje to 2400 větrníků o výkonu 5 MW. Akumulátory (bez ohledu na technologii) by měly celkový výkon 12 GW a kapacitu 72 GWh.

I takto velkoryse navržený mix vyžaduje čistý dovoz téměř 3 TWh ročně.

Podíváme-li se na detail jediného dne 18. 8., vidíme, že v době mezi 8. a 17. hodinou je přebytek, dosahující v maximu přes 5 GW. Přebytek je využit k uložení do akumulátorů.

Leden představuje výrazně proměnlivější období. Zatímco 4. až 7. ledna je deficit až 4 GW, v závěru ledna nastává větrné období trvající až do 12.

Jak ukazuje následující graf, nastalé bezvětří 12. 2.

Vliv klimatických změn na obnovitelné zdroje

Obnovitelné zdroje energie bereme jako lék na klimatickou změnu. Klimatická změna neznamená nutně jen to, že se někde o pár stupňů oteplí. Značí to i poněkud chaotičtější počasí, hůře předvídatelné meteorologické události, odchylky od zažitých průměrů a norem, extrémní projevy počasí. Může to znamenat ovlivnění oblačnosti, atmosféry, distribuci a podobu srážek, proměnu teploty, směru a rychlostí větru.

Pro příklady nemusíme chodit daleko: z kraje letošního roku udeřily nebývalé mrazy v Texasu a naprosto odstavily od provozu zdejší větrné elektrárny. Texas v době nejvyšší nutnosti přišel o 30 000 MW, respektive o 18 % výroby elektřiny. Z kolapsu sítě se vzpamatovával měsíce. Podobně se pak nebývale suché a nevětrné léto promítlo do výkonností bilance britských příbřežních elektráren. Letos vyrobily o 32 % méně energie, než se předpokládalo, že zvládnou. Nikdo na ostrovech nemohl tušit, že letošní rok bude nejméně větrný za posledních 70 let, stejně jako v Texasu podobný mráz také nepamatují.

Odchylky počasí, připisované klimatickým změnám, se propisují do výkonu energetických instalací, budovaných vesměs právě kvůli klimatickým změnám. V kontextu sucha a úbytku sněhu v Himalájích se dlouhodobě neperspektivní jeví být i vodní elektrárny v Indii a Číně. Častější písečné bouře se mohou negativně promítnout do životnosti a výkonu solárních farem v Africe.

A je otázkou, jestli je rozumné v rychle měnícím světě reagovat na současný stav, anebo ten příští, nastávající. Velké větrné parky, solární farmy či hydroelektrárny budované dnes v provozně optimálních podmínkách, totiž v horizontu následujících dekád mohou pozbýt svého významu.

Toto téma - poměrně zásadní k tomu, jak masivně nyní OZE propagujeme - zatím nepatří k akcentovaným oblastem výzkumu. Tým Hannah Bloomfieldové z univerzity v Bristolu řešil citlivost evropských větrných elektráren na projevy klimatické změny a tým Davida Gernaata z Koperníkova institutu udržitelného rozvoje při univerzitě v Utrechtu se soustředil na celkovou dostupnost a potenciál OZE ve světě ovlivněným klimatickými změnami.

Obě studie pracovaly ve svých analýzách s různými projekcemi, modely a simulovanými scénáři. A ani jedna nepřináší úplně dobré zprávy.

V Bristolu upozorňují na to, že spolu s tím, jak klesá rozdíl teplot mezi rovníkem a polárními oblastmi, se proměňuje rozvrstvení oblastí tlakových nížin, snižuje se i větrné proudění a tedy i rychlost větru.

Z šesti možných scénářů se jako průměr do dalších let dá nad Evropou očekávat snížení rychlosti/síly větru o 8-10 % v důsledku klimatických změn.

„Je ale velmi důležité si uvědomit, že i malá změna rychlosti větrů může vést k významně velké změně ve výrobě energie, protože výkon turbíny souvisí s třetí mocninou rychlosti větru,“ dodává Bloomfieldová.

Diverzifikace a regionální přístup

Řešením je diverzifikace energetického portfolia, mixu několika různých OZE. Větrných elektráren doplněných o solární, vodní a další.

Ta rozsáhlými analýzami hodnotí budoucí potenciál OZE, konkrétně pak domácí střešní fotovoltaiky, koncentračních solárních elektráren, příbřežních a vnitrozemských větrných farem, bioenergie a vodních elektráren.

„V současnosti OZE zásobují svět 15 % energie, přičemž největší díl (10 %) si osobuje bioenergetika,“ uvádí Gernaat. V roce 2040 by se čisté alternativy fosilních paliv mohly podílet už na 30 % celosvětové produkce energie.

Dá se tedy předpokládat, že některé regiony budou v oblasti produkce čisté energie více či méně postiženy. Někdy i pozitivně. Například temperátní regiony USA, Evropy, východní Číny se mohou těšit na navýšení potenciálu domácích solárních instalací. Zatímco vodní elektrárny sníží svou dosavadní užitečnost na jihu Evropy, v Jižní Americe, Austrálii. Prostor se jim naopak otevře na východě Afriky (na jihu Afriky se ovšem jejich potenciál sníží).

Komplikace vychází z toho, že celkový globální potenciál pro OZE a léta budoucí spíše narůstá - u vodních elektráren o 6 %, u solárních instalací o 2 % a u bioenergetiky o celých 32 % - jenže tento pozitivní růst nevypovídá o regionálních odchylkách, které mohou mít naopak negativní charakter.

„Dlouhá období sucha, bezvětří nebo snížená předvídatelnost počasí mohou v budoucnu působit u některých energetických systému komplikace, zvláště v těch zemích, kde bude vysoký podíl OZE v národním mixu,“ říká Gernaat. „A tato období výpadků se mohou projevovat častěji, se stupňující se klimatickou změnou.“

Přechod na obnovitelné zdroje by podle něj měl vycházet spíše z regionální praxe a dat vztažených ke konkrétnímu území než z nějakého povšechného popudu. Volba jen jednoho modelu bezemisní energetiky by totiž v budoucnu mohla přijít celé státy hodně draze. Na klimatickou změnu se adaptujeme zdroji, které se nepředvídatelně mohou právě v důsledku této změny měnit.

tags: #obnovitelné #zdroje #diskuze #pro #a #proti

Oblíbené příspěvky:

• Kombinované studium ekologie
• Metody ekologického barvení
• Margot Ruis a svět bytostí přírody
• Chráněný druh české přírody
• Krajina Uruguaye