Elektrizační soustava ČR v proudu změn zdrojové základny

Ilustrační foto (zdroj: Pixabay.com) Ilustrační foto (zdroj: Pixabay.com)

Elektřina je pro současnou civilizaci běžnou součástí našeho života. Je druhem energie, který má všestranné využití, jde o ušlechtilou, snadno použitelnou formu energie. Z ekonomického pohledu se často říká, že je to zboží jako každé jiné, není to ale úplně pravda. Elektřina je komodita sui generis, neboli svébytné povahy. A tak k ní musíme přistupovat. Přes svoji relativně krátkou historii je elektřina běh na dlouhou trať. Velké změny se odehrávají, ale přicházejí postupně a trvají dlouho. Situaci pro názornost ukazuje obr. 1, který zachycuje vývoj výroby elektřiny v českých zemích od roku 1960 do současnosti. Energetika byla od počátku založena téměř výhradně na využívání uhlí a drobně doplněna vodními elektrárnami. Pak přišla za dlouhou dobu první jaderná elektrárna a za další dlouhou dobu i druhá. A až v dalším kroku přišly obnovitelné zdroje a začal se více využívat plyn.

Teď jsme na počátku další velké změny. Ani ta nemůže být skoková, ale to si řada lidí neuvědomuje.

Začátkem letošního roku bylo zveřejněno několik výhledů pro ES ČR, ukazujících, že budoucí odklon od uhlí jako paliva pro energetiku lze zvládnout velmi rychle, v zásadě do roku 2030. Některé do budoucna počítaly i se značnými dovozy elektřiny, některé se obešly bez nových jaderných bloků, některé pracovaly s nízkým rozvojem poptávky po elektřině, navzdory nárůstu spotřeby v segmentech elektromobility nebo spotřeby tepelných čerpadel. Často se nezabývaly nebo jen okrajově zabývaly úlohou tepláren a závodních elektráren v ES ČR, které kromě elektřiny produkují dodávkové teplo. Pokud ano, tak se například jejich pohled omezil pouze na to teplo, které je dostupné ve statistikách jako de facto teplo fakturované.

Je pochopitelné, že takto mohou být různá stanoviska hotova ke zveřejnění rychleji. Vynechat segment závodních elektráren nebo dokonce (veřejných) tepláren z podrobného hodnocení je přitom ošidné. V potřebném teple se skrývá zakopaný pes. Nebo zakopaný poklad. Záleží na tom, kdo ho objeví.

Ve veřejném prostoru nejčastěji rezonují pohledy neodborné veřejnosti, včetně politiků a novinářů, které akcentují podíly výroby elektřiny a dopravy na emisích CO2. Proporce tohoto problému osvětlí následující orientační čísla, která ilustruje obrázek 2. Současná roční produkce elektřiny v ES ČR je založena mj. na spálení zhruba 500 PJ fosilních paliv (pro jednoduchost nerozlišujme jejich rozdílnou emisní náročnost). V dopravě se spaluje zhruba 260 PJ fosilních paliv. Na výrobu centrálně dodávaného tepla se jich spálí zhruba 130 PJ. Z toho na výše uvedené fakturované teplo připadá asi 100 PJ.

Vedle toho však existuje významná poptávka po teple, které se vyrábí a spotřebovává „na místě“, bez vazby na CZT a bez vazby na elektřinu, a vykazuje se jako konečná spotřeba paliv. Fosilní část těchto paliv činí ročně úctyhodných zhruba 360 PJ.

ES ČR se historicky vyvíjela na základě potřeb tepla (páry) a elektřiny společně v jednom místě. Tyto potřeby dosud mnohdy trvají. V průmyslovém Česku tvoří závodní elektrárny a teplárny logicky významnou část ES. Dovolit rozvázání společné výroby elektřiny a tepla by byl naprostý hazard.

Překotné opouštění uhlí jako paliva v kombinované výrobě, např. u závodních elektráren, může vést k jeho nahrazování zemním plynem, ale v režimu monovýroby tepla. Dojde tam sice ke snížení emisí, avšak nenahrazená výroba elektřiny bohužel vyvolá emise jinde. S výjimkou letního období, kdy bude dostatek OZE, půjde typicky o elektřinu ze zemního plynu, bohužel v režimu její monovýroby.

Naopak monovýroby elektřiny se obecně nelze zbavit. Dokud ale nebude její výroba pouze uhlíkově bezemisní (OZE a JE), bude důvod usilovat o nahrazení monovýroby kombinovanou výrobou kdekoliv to bude racionální. Tím se nezpochybňuje úloha pro provoz ES důležitých rezervních „stojících“ zdrojů typu SCGT nebo plynových motorů. Ale i „fosilní“ elektřina pro tepelná čerpadla v zimě, pokud zrovna větrné elektrárny v Severním moři sníží svoji výrobu, může být lépe vyrobena kombinovaně s teplem.

Specifickou roli v ES mají tzv. malé kogenerace. Při nahrazování uhelných kotelen jsou jednoznačným pokrokem. Pokud kanibalizují energeticky efektivní soustavy CZT, jsou krokem zpět. Potenciál jejich rozvoje je dán především dodávkovými místy s relativně malými soustavami tepla.

Dnešní nastavení ekonomických pravidel vždy nenahrává ochraně klimatu. Malé kogenerace bývají standardně doplněny plynovými kotli, tedy monovýrobou tepla. Budují se s tím, že se očekává jejich provozní podpora, která se podle současných pravidel vyplácí za 3000 nebo za 4400 hodin provozu. Plynový kotel se neprovozuje jen jako rezervní nebo špičkový, ale zejména v zimě v běžném režimu a za rok dodá srovnatelné množství tepla jako samotná kogenerační jednotka. Případné urychlení rozvoje malých kogenerací, při zachování současných podmínek, by tedy znamenalo fixovat fosilní monovýrobu tepla novými investicemi.

Je velice žádoucí včas nastavit nově ekonomicko-legislativní pravidla tak, aby i tato část tepla byla především dodávána zvětšenou nebo další kogenerační jednotkou. Zjednodušeně řečeno: pak se s jedněmi emisemi pokryje (místní) potřeba tepla a část potřeby elektřiny v ES. V dosavadním stavu je stejná část potřeby elektřiny spojena s emisemi navíc. V nových podmínkách vyvolaný přírůstek instalovaného elektrického výkonu najde uplatnění také v létě, mimo hodiny spojené s potřebou tepla, a to v roli výkonové rezervy, potřebné při vysoké penetraci intermitentních OZE. Vyvolané investiční náklady se na úrovni ES potkají se snížením investičních nákladů na zdroje speciálně na rezervu určené, např. SCGT.

Potřeba nahradit tepelnou monovýrobu výrobou kombinovanou se pochopitelně týká i nízkoemisních paliv, např. z biomasy se tak vyrobí elektřina, která by se jinak emisně vyrobila z plynu.

Vzdálenější, avšak ne příliš vzdálená, je doba, kdy i nejúčinnější využití zemního plynu bude emisně nežádoucí. Jestliže u elektřiny je výhoda, že ji mohou dodat například FVE a VTE a je možný i dovoz do tuzemské ES, u tepla nikoliv (pouze je zde vazba přes tepelná čerpadla, eventuálně přímé vytápění elektřinou). Náhradu fosilní energie pro vytápění budeme proto hledat v podobě jaderného tepla. Zvýšené možnosti v tomto směru očekáváme od malých jaderných reaktorů, které mohou být postaveny blíže místům spotřeby tepla. Čím menší bude jejich jednotkový výkon, tím více bude prostoru pro jejich aplikaci. Orientačně lze uvažovat o jejich uplatnění u stotisícových měst a aglomerací s tradicí dálkového vytápění. V mnoha takových případech půjde o soustavu CZT, kde bude dominantním zdrojem paroplynové teplárenské zařízení. Připojený zdroj s malým reaktorem převezme základní zatížení v teple i elektřině a efektivně tak nahradí mnoho fosilního zemního plynu. Role stávajícího paroplynového zařízení se bude posunovat od základního ke špičkovému zatížení a od špičkového zatížení k roli rezervy pro potřeby ES. Zde bude mít nový prostor pro další uplatnění, protože mezitím bude v ES narůstat počet intermitentních obnovitelných zdrojů.

Pro menší lokality s dálkovým vytápěním se nabízí tzv. teplátor na vyhořelé jaderné palivo, který sice neprodukuje elektřinu, ale spotřebované fosilní palivo nahradí také. Jde vlastně o výjimku – zde není možnost vyrábět současně elektřinu a požadavek na nahrazení monovýroby tepla kombinovanou výrobou zde tedy neplatí.

Jinak platí ve velkém rozsahu. Výše uvedená čísla ukazují, že kombinovaná výroba má potenciál nejen pro její uchování, ale i pro další rozšiřování. Je úkolem současnosti nastavit prostředí tak, aby na příští desítky let mohl být využit. Pro ES to znamená možnost rozšíření portfolia zdrojů na hladinách především vn a vvn. Půjde tedy o určité posílení decentrálního charakteru ES. Přitom by ale nemělo jít o naplnění užívaného reklamního hesla „soběstačnosti spotřebitele“ vůči ES, nýbrž spíše „jsem pro ES cenným partnerem“.

Dobrým partnerem pro ES budou snadněji ta místa spotřeby a výroby elektřiny, kde se potkává elektřina s teplem i s plynem, kde bude možno uplatnit technologii power to heat a power to gas. Spolupráce s plynárenskou soustavou bude muset být mimochodem užší, zejména kvůli nárazovým odběrům plynu, potřebě zásobníků plynu a schopnosti pracovat s vodíkem či syntetickým metanem. Infrastruktura uvedených míst spotřeby a výroby elektřiny může bez výrazných nákladů umožnit trvalé připojení stacionárních baterií nebo také dočasné připojení elektromobilů.

Elektrizační soustava budoucnosti bude muset stát na „více nohách“ oproti současnosti. V tom má potenciál zůstat stejně robustní a efektivní, jako ji před desítkami let vybudovali už naši předkové. Nicméně v překotnosti změn se skrývá nebezpečí klopýtnutí a ztráty správného směru pochodu.

Jan Toufar
EGÚ Brno, a.s.

× Full - Emerson