Teplárenství na cestě k dekarbonizaci

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

V Česku stále přes 300 tisíc domácností využívá uhlí pro lokální vytápění. Čtyři z deseti českých domácností jsou pak vytápěny ze systému zásobování teplem, přičemž 60 % tepla je vyrobeno na bázi uhlí. Studie připravená týmem Fakulty elektrotechnické ČVUT v rámci projektu Climate Investment Capacity ukazuje cestu postupného přechodu k ekologickým řešením, včetně dočasného využití zemního plynu. Jde o první scénář realistické dekarbonizace teplárenství ve střední Evropě. Domácnosti ve střední a východní Evropě jsou typicky závislé na uhlí a plynu v teplárenství a mezinárodní výzkumné týmy problém doposud patřičně neřešily. Studie ukazuje, že bude potřeba do roku 2030 investovat do teplárenství přes 98 miliard korun, zemní plyn může být ale vzhledem k cíli klimatické neutrality pouze přechodným palivem.

Česká republika nestanovila jasné cíle v oblasti klimatu pro teplárenství a dosud nemá speciální strategii pro nízkouhlíkovou transformaci odvětví. Jedním z hlavních podkladových materiálů tak je doporučení Uhelné komise o postupném ukončení těžby a spalování uhlí v České republice. V prosinci 2020 Komise doporučila postupné ukončení využívání uhlí do roku 2038, avšak tento termín Vláda ČR dosud neschválila. Ke skutečnému vyřazení spalování uhlí v sektoru vytápění může dojít z mnoha důvodů dříve než k tomuto datu. Mezi tyto důvody patří celkové hospodářské a politické prostředí související s dlouhodobými cíli EU v oblasti dekarbonizace, dostupnost a rostoucí náklady na kapitál s postupným upřednostňováním nízkouhlíkových technologií, pokles objemu bezplatných povolenek pro sektor vytápění a rostoucí cena emisních povolenek v důsledku revize právních předpisů v rámci systému emisního obchodování v Evropské unii (EU ETS).

Investiční potřeba pro nízkouhlíkovou transformaci sektoru teplárenství

V první řadě je vhodné, aby byly investice do transformace v sektoru teplárenství v souladu s tzv. taxonomií udržitelných činností EU. Taxonomie je klasifikační systém, který umožňuje zjistit, zda je investice v souladu s dlouhodobými plány a závazky Evropské unie v oblasti udržitelného rozvoje a klimatu. Taxonomie je součástí Akčního plánu Evropské komise pro financování udržitelného růstu a jejím cílem je podporovat trend udržitelných investic a snížit riziko „greenwashingu“1. Nesoulad investic s taxonomií může v blízké budoucnosti způsobit řadu výzev pro provoz zařízení. Může to například vést k nižšímu přístupu ke kapitálu nebo k vyšším nákladům na kapitál poskytovaný finančními institucemi, jako jsou fondy EU, a tím také omezit konkurenceschopnost těchto zařízení.

Nízkouhlíková transformace však není vždy přímá a použití taxonomie udržitelných činností v EU vytváří určitou nejistotu. Ekonomické činnosti, které jsou neslučitelné konceptem klimatické neutrality a kde existují technologické alternativy, nejsou v souladu s taxonomií. Touto aktivitou je například spalování uhlí pro výrobu tepla. Taxonomie však uznává, že přechod na uhlíkovou neutralitu není vždy přímočarý, tj. není technologicky a ekonomicky proveditelný v krátké době, a tak taxonomie dočasně umožňuje některé přechodné činnosti, které dosud nejsou v souladu s klimatickou neutralitou. U sektoru vytápění se to týká především spalování zemního plynu. Pro tato odvětví stanoví taxonomie mezní hodnoty indikátorů, které určují, zda lze takovou činnost považovat za udržitelnou. Finální podoba těchto hodnot pro jednotlivé sektory se v době psaní tohoto článku stále připravuje, což vytváří určitou nejistotu v investičních rozhodnutích teplárenských společností.

V případě České republiky je transformace tepláren na spalování zemního plynu identifikována jako přechodné řešení. Jak dokládá níže uvedená argumentace pro různé kategorie instalací, sektor teplárenství nemá mnoho okamžitých alternativ na straně dodávky tepla. Je potřeba zdůraznit, že změny na straně nabídky (výroba tepla) musí být spojeny se změnami v poptávce po teple, tj. u konečných spotřebitelů. Transformace výrobní základny pro dodávky tepla musí odrážet prioritizaci zvyšování energetické účinnosti ze strany spotřebitelů (a tedy očekávaný pokles spotřeby tepla a změnu profilu spotřeby tepla v průběhu roku). Plány na transformaci výroby tepla musí zároveň zohlednit očekávaný rozvoj obnovitelných zdrojů energie (OZE) (solární kolektory, fotovoltaické elektrárny, tepelná čerpadla) spolu s akumulací tepla a navrhnout celý vývoj systémů dodávky tepla tak, aby umožňovaly postupnou integraci decentralizovaných zdrojů tepla založených na obnovitelných zdrojích. Rozvoj těchto řešení je dlouhodobým úkolem a sektor teplárenství tak bude hledat krátko a střednědobá řešení, která poskytnou čas na rozvoj vhodného mixu nízkouhlíkových technologií jak na straně poptávky, tak na straně nabídky.

Ačkoli využití zemního plynu přináší okamžité snížení emisí skleníkových plynů ve srovnání s uhlím, nesmí v současném technologickém prostředí představovat trvalé řešení, které by bránilo dosažení dlouhodobých cílů EU v oblasti dekarbonizace (ve smyslu „taxonomie“ EU, Nařízení EU 2020/852 a obecného přechodu na klimatickou neutralitu), proto budou muset být tato zařízení v nadcházejících desetiletích doplněna buď „ozeleněním“ plynu, nebo nahrazena jinými technologiemi. Ačkoli „ozelenění“ plynu může být důležitým prvkem budoucí trajektorie dekarbonizace, není v současné době jasně ukotveno technologicky, ekonomicky ani politicky.

V kategorii tepláren nad 300 MWt je prakticky možné uvažovat pouze o jejich rekonstrukci umožňující spalování zemního plynu. Zdá se, že v současnosti není alternativa, jak tyto teplárny zrekonstruovat tak, aby emitovaly méně emisí skleníkových plynů. I když je také teoreticky možné transformovat tato zařízení na spalování a spoluspalování biomasy, je to v praxi obtížně proveditelné kvůli potřebě obstarat, přepravovat a skladovat velké množství udržitelné biomasy, které vyváží dosažené snížení emisí. Z těchto důvodů teplárenské společnosti neplánují stavět nová zařízení v této velikostní kategorii. To samé pak platí pro využití dalších paliv (například energetického využití komunálního odpadu).

V kategorii tepláren mezi 50 MWt a 300 MWt je v současnosti technologicky a ekonomicky možné uvažovat pouze o modernizaci zařízení na spalování zemního plynu nebo hybridní řešení na spalování zemního plynu a biomasy. Rekonstruovat nebo postavit zařízení využívající biomasu jako výhradní palivo není možné ze stejných důvodů, které byly diskutovány výše. Analyzovali jsme také možnost zařízení v této velikostní kategorii na bázi energetického využití komunálního odpadu a alternativních pevných paliv. Tato zařízení pravděpodobně nedosáhnou vyššího výkonu než 50 MWt kvůli povaze paliva, jeho omezené dostupnosti a velkým dovozním vzdálenostem, a proto nemohou být alternativou v této kategorii.

U zařízení pod 50 MWt je výběr paliv flexibilnější, ale stále poněkud omezený. Tato kategorie v současnosti zahrnuje převážně zařízení do 20 MWt, na která se nevztahuje systém EU ETS, a proto jsou mimo definici sektoru vytápění pro účely analýzy investiční potřeby. Tato zařízení však často prošla rekonstrukcí nebo modernizací, a tedy realizovala do určité míry svůj dekarbonizační potenciál. U nových zařízení v této kategorii je možné vedle zemního plynu a / nebo biomasy uvažovat i o zařízeních založených na energetickém využití komunálního odpadu a alternativních pevných palivech. Poslední dvě technologická řešení však nejsou vždy proveditelná, protože potřebují odpovídající spolehlivý přísun odpadu nebo alternativních paliv, který je specifický pro dané místo. Rovněž není možné rekonstruovat stávající zařízení tak, aby v nich bylo možné používat tato paliva, proto se v této kategorii předpokládají pouze nová zařízení.

Na základě těchto vymezení je pravděpodobné, že transformace teplárenství bude v krátkodobém až střednědobém horizontu realizována zejména prostřednictvím nahrazení uhlí zemním plynem a částečně také biomasou a odpadem (spolu s očekávaným rozvojem obnovitelných zdrojů energie). Na základě těchto závěrů jsme vytvořili dva scénáře, optimistický a konzervativní, pro odhad investičních nákladů transformace teplárenství do roku 2030. Do scénářů byla zahrnuta pouze zařízení nad 20 MWt. Optimistický scénář identifikuje odhad nejnižších nákladů, zatímco konzervativní scénář počítá s vyšší úrovní nákladů.

Podle optimistického scénáře je celková požadovaná investice v období 2021–2030 odhadnuta na 98,3 miliardy Kč a v konzervativním scénáři na 107,2 miliardy Kč (v nominálních cenách daného roku). Obrázek I představuje rozdělení investiční potřeby podle typu a velikosti zařízení. Je vidět, že většinu investičních potřeb představují instalace do 50 MWt. Největší objem investic bude potřeba pro výstavbu nových kogeneračních jednotek a rekonstrukci stávajících kogeneračních jednotek. Celkově se předpokládá, že zhruba dvě třetiny současné výroby dodávaného tepla z uhlí budou zajištěny rekonstrukcemi nebo novými zdroji na zemní plyn, zhruba pětina uhlí bude nahrazena biomasou, zhruba 13 % dodávaného tepla z uhlí bude nahrazeno novými zdroji založenými na energetickém využití komunálního odpadu a alternativních pevných paliv.

Předpokládáme, že Investice budou provedeny postupně. Do roku 2025 budou realizovány projekty, které byly připraveny již před rokem 2020. Některé z nich nemusí přímo odpovídat potřebám uhlíkové neutrality, protože jsou zaměřeny na zařízení na konci své životnosti. Mezi lety 2025 a 2030 proběhne hlavní část požadované rekonstrukce pokrývající cca. 70-80 % výrobní základny. Od roku 2030 do roku 2035 bude rekonstruována poslední část cca. 10–15 % výrobní základny a vyřazena poslední zařízení spalující uhlí.

Současné investice do nízkouhlíkové transformace sektoru teplárenství

Abychom pochopili, jak si Česká republika vede na cestě při plnění svých investičních potřeb v oblasti energetické tranzice, konkrétně v sektoru teplárenství, sledovali jsme také současné toky těchto investic. V letech 2014–2019 bylo do opatření na snižování emisí skleníkových plynů v sektoru teplárenství investováno celkem 33,1 miliardy Kč. Nejvyšší objem byl investován v roce 2014 (Obr. II), zejména díky Národnímu investičnímu plánu (NIP). V letech 2016–2018 dosahovaly tyto investice cca. 3 miliardy Kč/rok.

Obrázek 2 rozděluje investice do tří skupin: investice v souladu s taxonomii EU, přechodné investice a investice, které nejsou v souladu s taxonomií EU. První kategorie zahrnuje investice do výroby tepla z obnovitelných zdrojů energie a investice do energetické účinnosti rozvodů tepla. Druhá kategorie zahrnuje investice do spalování zemního plynu. Třetí kategorie zahrnuje investice snižující emise uhelných zařízení.

V období 2014-2019 tak 21,9 miliard korun, resp. dvě třetiny investic, tvořily investice, které vedly ke snížení emisí v zařízeních spalujících uhlí bez výměny paliva. Z tohoto důvodu tyto investice nelze považovat za investice v souladu s taxonomii. Vzhledem k tomu, že k této investici došlo poměrně nedávno, bude muset být amortizována před koncem své typické 20leté životnosti. To bude vyžadovat přijetí opatření ze strany státu, pokud jde o účetní pravidla, a umožnění například urychleného odpisu investice, aby tento problém nezabránil transformaci těchto zdrojů. Struktura investičních toků s vyšším podílem těch, které nejsou v souladu s taxonomii, odráží skutečnost, že dotační programy v té době podporovaly snížení, nikoli eliminaci emisí.

Obrázek 2 však také ukazuje, že tato kategorie investic v průběhu času klesala. V letech 2018 a 2019 představovaly investice v souladu s taxonomií včetně přechodných investic 75 % a 66 % celkového objemu. Z objemu investic v souladu taxonomii v období 2014–2019 pak směřovalo 40 %, tj. 4,48 miliardy Kč, na snížení ztrát při distribuci tepla. Dalších 39 % (tedy 4,38 miliardy Kč) investic v souladu s taxonomii představovaly přechodné investice do nových zařízení na kombinovanou výrobu tepla a elektřiny spalováním zemního plynu. Zbývající 2,37 miliardy Kč, neboli 21 % objemu investic v souladu s taxonomii, představovaly také přechodné investice do modernizace a rekonstrukce stávajících uhelných zařízení, které umožní spalovat zemní plyn a / nebo biomasu.

Ve sledovaném období bylo 80 % kapitálových výdajů financováno ze soukromých zdrojů (vlastní zdroje a komerční půjčky). Tyto investice však byly ve většině případů podpořeny, respektive iniciovány díky existenci veřejných politik a programů. Jednalo se o již zmiňovaný NIP jako součást EU ETS a poté o konkrétní grantová schémata nabízená operačními programy (OP) Evropského fondu pro regionální rozvoj a Kohézním fondem, včetně OP „Podnikání a inovace pro konkurenceschopnost“ (OP PIK) dříve OP „Podnikání a inovace“ (OPPI) a OP „Životní prostředí“ (OPŽP) implementující fondy EU.

Roli veřejných financí tak dokazuje i dynamika investic v období 2014–2019. Granty pokrývaly 17 % z celkového objemu investic, s rostoucím podílem v průběhu času, až na 35 % z objemu investic podporovaných OP. Nižší objemy investic v letech 2016–2017 jsou způsobeny pozdním zahájením OP PIK financovaného z fondů EU v rámci víceletého finančního rámce EU 2014–2020. Na rozdíl od grantových schémat zdroje z NIP a EU ETS nejsou přímo zahrnuty v investičních tocích: kdykoli teplárny realizovaly investice ze svých vlastních zdrojů, bylo to na základě a v hodnotě volně poskytovaných emisních povolenek.

V příštím desetiletí se očekává, že největší roli při podpoře investic bude hrát Modernizační fond, který alokuje cca. 40 miliard Kč na podporu českého teplárenství. Druhým zdrojem financování je Facilita na podporu oživení a odolnosti, která má podporovat modernizaci rozvodných sítí tepla. A konečně se očekává provozní podpora kombinované výroby tepla a elektřiny. Úroveň podpory investic bude velmi důležitá pro to, aby se transformace teplárenství co nejméně promítla do ceny tepla pro konečného zákazníka.

Doporučení pro další transformaci teplárenství

Na základě dvou případových studií (CEnergy a Teplárna Písek) jsme dále připravili set doporučení pro další transformaci teplárenství.

Diverzifikace a flexibilita paliva jsou klíčem k optimalizaci provozu teplárny a snížení jejích nákladů. Diverzifikace rovněž umožňuje snížit citlivost tepláren na vnější faktory, jako jsou fluktuace cen paliva, ceny emisních povolenek a změny v regulačním prostředí. I z těchto důvodů také finanční instituce preferují financování nízkouhlíkových technologií oproti fosilním palivům (a zejména uhlí).

Přechod na zemní plyn je krátkodobou technologickou alternativou, která může umožnit snížení emisí relativně nákladově efektivním a časově přijatelným způsobem. Úroveň snížení emisí je však pouze 40–50 %, není to tedy cesta k dosažení uhlíkové neutrality. V budoucnu bude nutné zařízení dále modernizovat, aby umožňovala využít „ozeleněný plyn“ nebo jiné zdroje energie s nižším obsahem uhlíku. V krátkodobém horizontu může pomoci dosáhnout větší flexibility a schopnosti poskytovat podpůrné služby.

Biomasa může plně nahradit uhlí pouze v malých zařízeních, pro velká zařízení musí být zajištěna dlouhodobá dodávka udržitelné biomasy, což je náročné. Řešení poptávky po teple ve velkých městských oblastech by vyžadovalo velké množství biomasy, které je zřídka možné získávat lokálním, udržitelným způsobem. Omezený potenciál mají také další obnovitelné zdroje, například teplo z bioplynu.

Energetické využití odpadu je řešení menšího rozsahu, které může zajistit udržitelné a spolehlivé zásobování energií a současně uspokojit potřeby udržitelného nakládání s odpady. Realizace tohoto přístupu však může být provedena pouze dohodou a spoluprací s okolními obcemi, pro které bude tato koncepce součástí jejich strategie nakládání s odpady. Situaci mohou komplikovat protichůdné zájmy.

Plynové turbíny a systémy akumulace energie pomocí baterií mohou výrazně zlepšit flexibilitu energetických systémů. Technologie, které umožňují regulaci dodávky elektrické energie v krátké době, významně přispívají ke spolehlivosti výroby a dodávky elektřiny a tepla.

Dalším způsobem, jak zajistit flexibilitu systému, je poskytovat energetické služby zákazníkům. Kdykoli dojde k rekonstrukci teplárny, je žádoucí vzít v úvahu budoucí vývoj poptávky a nabídky tepla. Dále je vhodné pracovat na snižování požadavků během špičky, aby se předešlo potřebě řešit tyto situace pomocí dodatečných dodávek a / nebo skladováním energie.

Rekonstrukce rozvodů tepla je dalším významným investičním opatřením, zejména do oprav a rekonstrukcí parních rozvodů. Přechod na rozvody s nižší teplotou média může významně snížit tepelné ztráty. Potřebu páry pro některé technologie je možné v některých případech nahradit parními vyvíječi přímo u odběratelů namísto neekonomické dopravy páry do vzdálenějších míst soustavy.

Případové studie ukazují, že investice do rozsáhlé rekonstrukce jak výroby tepla, tak tepelných sítí jsou vysoké a bude je potřeba realizovat v krátkém časovém rámci. Naše případové studie dále ukazují, že pro řešení transformace teplárenství bude vhodně nastavená investiční, resp. provozní podpora těchto investic klíčová.

Jaroslav Knápek, Michaela Valentová et al.,
Fakulta elektrotechnická, ČVUT v Praze
Celá studie je ke stažení zde:
https://ekonom.feld.cvut.cz/cs/katedra/lide/valenmi7/cic2030/reports/ipp-teplarenstvi-reportfinal.pdf

Studie byla zpracována v rámci projektu Climate Investment Capacity podpořeného v rámci Evropské iniciativy v oblasti klimatu (EUKI – www.euki.de) německého Spolkového ministerstva životního prostředí, ochrany přírody a jaderné bezpečnosti (BMU).


1 Označení „udržitelné“ pro aktivity, které ve skutečnosti udržitelné nejsou.

× Full - Jádro