Energetika 6. časť: Ako vybudovať bezemisnú energetiku; Zachráni nás slnko a vietor?

Vyspelé krajiny napriek tomu majú kapacity na to, aby elektrinu vyrábali bez emisií. Problémov je viacero. Energetický priemysel a energetická sústava sa nedá prestavať zo dňa na deň ani z roka na rok. Z tohto titulu ide o dlhodobé strategické plánovanie. V niektorých krajinách ešte stále pôsobia rôzne záujmové a fosílne lobby, ktoré sa z pochopiteľných dôvodov snažia odklon od fosílnych zdrojov čo najviac oddialiť. A to aj napriek tomu, že dnes je už spaľovanie uhlia pre tieto krajiny určite prežitok, dokonca aj ekonomický nevýhodný, ktorý okrem spomínaných záujmových skupín (zväčša najbohatší ľudia v danej krajine) neprospieva snáď nikomu. V tomto článku ukážem, že energetika sa dá vybudovať aj bezemisne. Dokonca to úspešne dokázala aj taká krajina, akou je Slovensko.

Pozrime sa najprv na energetický mix krajín, ktoré ho už dnes majú veľmi priaznivý a od ktorých si treba brať príklad a inšpirácie. Na nasledujúcom slajde (vpravo) som vybral top 15 krajín na svete, ktoré majú najlepší energetický a skoro bezemisný mix. Môžeme vidieť, že sú to prevažne krajiny menšie s malým počtom obyvateľov, prípadne aj krajiny s veľmi priaznivými podmienkami na získavanie obnoviteľnej energie. Mať vhodné geografické podmienky na získavanie obnoviteľnej energie a v skutku ich aj využívať sú dve rozdielne veci. Napríklad také Nórsko už dnes získava 99% elektriny z vodných elektrární. Nórsko je vyspelá bohatá, počtom obyvateľov malá zem, s vhodnými podmienkami. Avšak bohatou krajinou je aj emirát Katar, ktorý je bohatší ako Nórsko, taktiež s vhodnými podmienkami na získavanie obnoviteľnej energie, napr. z takmer nonstop slnkom zaliatych púští. Avšak r. 2022 ešte stále Katar získaval 100% svojej energie len z fosílnych palív. Katar je ropná veľmoc, preto by bol hriech to fosílne palivo nevyužiť, mohli by sme správne podotknúť. Avšak to je aj Nórsko ! Napriek tomu sa vybralo inou cestou. (R. 2023 už Katar vyrábal "až" 4% zo slnka a 96% plyn).

Za povšimnutie v danej tabuľke stojí napr. aj južná Amerika, ktorá je na tom s bezemisnou energetikou výborne. Povšimnite si napr. Uruguaj. Uruguaj prezývajú aj "Švajčiarsko" južnej Ameriky pre najvyššiu úroveň slobôd a demokracie v južnej Amerike vôbec. Okrem iného má aj bezemisnú energetiku, r. 2023 až 91% vyprodukovanej energie bolo z obnoviteľných zdrojov, prevažne veterná a vodná energia. V Brazílii je zas postavená dnes už po Číne druhá najväčšia hydroelektráreň na svete Itaipú Dam. To zabezpečuje širokému regiónu obnoviteľnú energiu z vody. Aj kvôli tejto elektrárni je podiel bezemisnej energie v Paraguaji cez 90%. Výkon tejto elektrárne je rekordných 14 000 MW. Pre porovnanie výkon jedného jadrového bloku v Mochovciach je niečo cez 470 MW. Elektráreň Itaipú je dnes už tretia najväčšia na svete, zaostáva za čínskou mega-hydroelektrárňou "Tri Rokliny" s výkonom dokonca až cez 22 000MW. Avšak kvôli nižším prietokom na rieke Jang C´Tiang, inštalovaný výkon takmer nevyužíva a dosahuje ročne väčšinou menšiu produkciu elektriny, ako Itaipú. Tá dosiahla v roku 2016 najväčšiu produkciu z pomedzi elektrárni na svete vôbec, kedy za daný rok vyrobila 103 TWh energie. To je produkcia, ktorú celé Slovensko spotrebuje za 3,5 roka. Elektráreň pokrýva cca 10% potrieb Brazílie a 90% spotreby Paraguaja.

Vodná energia je teda vhodný, obnoviteľný zdroj. Má svoje negatíva, avšak nie všade sa dá logicky aplikovať. Mimo hry sú suché oblasti s nízkym vertikálnym povodím -rovinaté krajiny. Napr. také Poľsko, ako vidíte, Poľsko je krajina s veľmi nevhodným energetickým mixom, skoro 80% energetiky tvorí fosílne uhlie. Dokonca v rámci EÚ je to jedna z najhorších krajín. Jednak má Poľsko veľké zásoby uhlia, na druhej strane nie veľmi vhodné podmienky pre obnoviteľné zdroje a žiadne jadrové reaktory.

Aké máme teda možnosti v budovaní bezemisnej energetiky? Dokážu nás zachrániť len solárne a veterné turbíny? Pozrime sa na niektoré príklady/krajiny a pozrime sa čo hovoria tvrdé dáta a fakty a už reálne príklady v skutočnej prevádzke:

b) ďalšou skupinou sú krajiny, ktoré prakticky dosiahli bezemisnú energetiku v kombinácií jadra a OZE. To sú krajiny, ktoré majú buď tradíciu vo výrobe jadrovej energetiky, alebo nie veľmi vhodné geografické podmienky na získavanie OZE. Tu patrí napr. aj Slovensko, ale aj Švédsko, Švajčiarsko, Francúzsko, Fínsko.

c) tvoria krajiny, ktoré dosiahli/vedia dosiahnuť bezemisnú energetiku len z obnoviteľných zdrojov, nakoľko majú vhodné geografické podmienky a vedia túto energiu technologicky využívať. Tu patria napr. Nórsko, Island, či spomínaný Uruguaj a Paraguaj. Tieto krajiny sú na tom najlepšie, lebo to dokázali aj bez jadra. Na druhej strane vo väčšine týchto krajín tvorí gro (väčšinu) energie konvenčný obnoviteľný zdroj, ktorý je stálejší, prevažne hydroenergetika alebo geotermálna energia. Žiadna krajina nedokázala vybudovať energetiku len s pomocou vetra a slnka. (V najlepších krajinách podiel FVE + vietor atakuje 50% ako napr. Dánsko, Uruguay)

Tu je dobre podotknúť, že mnohí zelení optimisti sa domnievajú, že energetická transformácia by sa dala dosiahnuť v každej krajine len poslednou možnosťou, teda výlučne za pomoci obnoviteľných zdrojov vetra a slnka, bez jadra. O tom som písal celý článok (koľko OZE je ešte udržateľných), kde sme si rozobrali napr. na príklade Českej republiky, že je to len čisto aritmeticky veľmi ťažko schodná cesta. Čisto teoreticky aj v zamračenej a bezveternej krajine môžete postaviť energetiku na fotovoltaike a veterných turbínach. Budete ich ale potrebovať enormné množstvá a ani to nemusí stačiť. Inštalovaný výkon by musel byť o niekoľko rádov vyšší, ako v krajinách s vhodnejšími podmienkami (aby vyrobil požadované množstvá), čo kladie omnoho väčšie materiálové a priestorové nároky, omnoho väčšie úložiskové nároky, taktiež aj záložné zdroje na fosílne palivá a všetko to sa dá vyčísliť v emisiách CO2. Výsledkom tak kľudne môže byť, že v nevhodnej krajine s nevhodne zvoleným energetickým mixom, bude aj na prvý pohľad veľa inštalovaných "zelených" zdrojov produkovať paradoxne viac emisií ako v krajine s iným, vhodnejším energetickým mixom, také krajiny už existujú a na toto tvrdenie máme aj reálne dáta a dôkazy, nie len teoretické prepočty. Poďme si uviesť názorný príklad:

Na ďalšom obr./slajde vidíme dve krajiny, ktoré započali energetickú transformáciu. Ide o krajiny podobnej veľkosti, a to Francúzsko a Nemecko. Nemecko je známe najmä svojím Energiewende prechodom, kedy strana Zelených a ich minister, stavil na budovaní prevažne obnoviteľných zdrojov fotovoltaiky a vetra, pričom boli iracionálne, nie z veľmi pochopiteľných dôvodov, odstavované funkčné jadrové bloky. Naproti tomu Francúzsko, tradičná jadrovo-energetická veľmoc, pokračuje v produkcii energii za pomoci svojho dominantného jadra s doplnkom OZE. Na obr. vidíte ročnú produkciu energie podľa jednotlivých zdrojov roku 2023. Dáta sú zo serveru electricitymaps.com, kde viete sledovať produkciu aj aktuálnu spotrebu v reálnom čase aj v dnešný deň. Je tam uvedený aj aktuálny energetický mix. Keď sa pozrieme na produkciu za celý rok 2023 vidíte, že Nemecko aj napriek masívnym investíciám do Energiewende (za posl. roky už cez bilióna €) produkuje menej bezemisnej energie ako podobne veľké Francúzsko. Konkrétne v Nemecku bol v celom roku 2023 podiel bezemisnej energie na úrovni 61%, pričom vo Francúzsku dosahoval až 94% a Nemecko vyprodukovalo cca 10x viac emisií CO2 ako Francúzsko.

Najväčším producentom elektriny v Nemecku r. 2023 boli veterné elektrárne, avšak hneď na druhom mieste energia z uhlia, na treťom FVE elektrárne a na 4. mieste plynové elektrárne. Prečo Nemecko nezvláda energetický prechod? Dôvodov je niekoľko. Iracionálne odstavenie jadra, ktoré Nemecko spravilo zavčasu. Spoliehanie sa na plyn a Nord Stream 2, ktorý padol kvôli geopolitike a málo prezieravej politike voči agresívnemu Rusku (neslávne známa politika "wandel durch handel"), a zle nastavenom energetickom mixe v pomere obnoviteľných zdrojov.

Zaujímavým a kľúčovým je najmä posledný bod, ktorý do značnej miery vyvracia práve toľko pranierovaný naratív mnohých "zelených" energo-optimistov, že energetika sa bude dať vybudovať len za pomoci fotovoltiky a vetra. Ak sa pozrieme na produkciu OZE v Nemecku r. 2023 a inštalovaný výkon podľa zdroja, zistíme zaujímavú skutočnosť. Ako ste si všimli, Nemecko vyprodukovalo v danom roku najviac z veterných turbín, a to až 123 TWh energie. (Povšimnite si že je to viac ako rekordná produkcia vodnej elektrárne Itaipú r. 2016: 103 TWh). Ak sa však pozrieme na celkový, inštalovaný výkon veterných elektrárni v Nemecku, dostaneme číslo 68 GW. (Itaipú: 14 GW). Čisto teoreticky, ak by veterné turbíny v Nemecku vyrábali nonstop na maximum inštalovaného výkonu, tak by vyrobili za rok: 68x24hodx365 = 595 680 GWh = cca 596 TWh energie. Jednoduchým prepočtom sme teda zistili, že veterné turbíny v Nemecku roku 2023 dokázali využiť 20% svojej inštalovanej kapacity. Ak to porovnáte s priehradou Itaipú, tak tá dosahuje priemernú, ročnú produkciu 92 TWh (maximum r. 2016: 103 TWh), teda v porovnaní s inštalovaným výkonom reálne využitie kapacity na 75% (r. 2016: 84%). V podstate sa nám len ukazuje starý, známy fakt. Veterná energia je v porovnaní s inými bezemisnými zdrojmi ako voda, či jadro menej spoľahlivá a stála. Platí to, čo som spomínal vyššie, v prípade že budete chcieť svoju energetiku postaviť len na obnoviteľných zdrojoch z vetra a slnka, budete potrebovať omnoho väčšie kapacity a o to viac záložných zdrojov. To platí samozrejme v prípade, ak nemáte aspoň jeden stabilný a dostatočne veľký zdroj, napr. jadro alebo väčšiu hydroelektráreň.

Na druhej strane treba podotknúť, že v prípade Nemecka sa stavenie na veternú energiu nejaví až tak iracionálne, najmä čo sa týka pobrežných tzv. offshore elektrárni. Mnohé krajiny ako Británia, Nemecko, Dánsko a Holandsko majú najmä v pobrežných, plytkých moriach výborné podmienky na získavanie energii z vetra, nakoľko nad morom fúka takmer nepretržite a turbíny nezaberajú miesto na súši. Väčším negatívom je horšia výstavba a údržba (vlhký, slaný vzduch atď.), avšak keď už veternú energiu budovať vo väčšom meradle, tak rozhodne v týchto veterných, pobrežných oblastiach. Dáta z Dánska by boli optimistickejšie ako v Nemecku, tam momentálne inštalovaný maximálny výkon vychádza na 6995 MW, čo by čisto teoreticky vedelo vyprodukovať 61 TWh energie. Reálna produkcia Dánska sa uvádza na 16 TWh, čo je niečo cez 26%, čo je už na veterné elektrárne celkom slušné číslo. V prípade len čisto offshore elektrárni by toto číslo bolo ešte vyššie.

Avšak Nemecko napriek vhodnejším podmienkam na vietor, stavilo paradoxne viac na FVE, čo je v relatívne zamračenom Nemecku asi nie veľmi najšťastnejší nápad. Poďme sa ale pozrieť, čo nám hovoria dáta a prepočty pre solárnu energetiku v Nemecku. Nemecko vyrobilo v roku 2023 57 TWh energie zo solárnych elektrární. Inštalovaný výkon v solárnej energii pritom predstavuje v Nemecku až 75 GW, t.j. ešte viac ako v prípade veterných turbín. Napriek tomu dokázali tieto panely využiť potenciálny výkon "len" na 8,6% r. 2023.

Pozrime sa na ďalší obr., kde si porovnáme krajiny o niečo menšie, a síce naše Slovensko a spomínané Dánsko. Obidva krajiny majú relatívne bezemisný energetický mix, my opäť podobný ako Francúzsko, t.j. gro vyprodukovanej energie je z jadra a Dánsko stavilo predovšetkým na energiu z vetra. Opäť vidíte, že produkcia emisií je mierne v prospech Slovenska, nakoľko ako som písal vyššie, jadrová energia je stabilnejším zdrojom ako vietor. Na druhej strane treba povedať, že v prípade veternej energie nie je potrebná ťažba uránu, dodávanie paliva a problematické zneškodňovanie nebezpečného odpadu. Vietor síce je nestály, materiálová a priestorová náročnosť na veterné turbíny je o niečo väčšia ako v prípade jadrového reaktora, na druhej strane vietor ako následné "palivo" je už poväčšine na pohon elektrárne zadarmo a dostupný bez ohľadu na geopolitické problémy vo svete. Obnoviteľné zdroje energie tak jednoznačne majú význam, avšak ako vidíte na jasných príkladoch, treba k tomu pristupovať racionálne a zodpovedne. V prípade Nemecka sa ukazuje nevhodne zvolený, prehnaný inštalovaný výkon v solárnych elektrárňach, ktorý by nebol potrebný, ak by si krajina aspoň na prechodný čas ponechala funkčné jadrové reaktory. Na druhej strane sa ukazuje, že niektoré krajiny s nie veľmi prajnou geografiou a klímou pre obnoviteľné zdroje sa zrejme nezaobídu na prechodné obdobie bez klasických jadrových zdrojov, aspoň do času kým sa naplno celosvetovo nerozbehne jadrová fúzia, čo môže trvať aj storočie. Najmä v prípade Poľska a niektorých krajín s obzvlášť nevhodnými podmienkami, kde nebude možné vybudovať stabilnejší zdroj, napr. v podobe hydroelektrárne.

Iracionálne pretláčanie jedine dvoch obnoviteľných zdrojov vetra a slnka teda nemá v mnohých krajinách racionálny základ. Dnes prakticky neexistuje krajina na svete (ani menšia), ktorá by dokázala k spokojnosti vybudovať svoj energetický mix jedine z týchto dvoch zdrojov. Čiastočne sa k tomu približuje Dánsko, ktoré gro svojej energie získava z vetra a slnka, napriek tomu kvôli absencií stabilného zdroja si musí ponechávať aspoň časť fosílneho paliva (11%: uhlie a plyn), alebo v prípade nepriaznivých podmienok (málo vetra) pomôže import jadrovej energie zo Švédska. Niektoré krajiny dokážu fungovať výlučne a čisto na obnoviteľných zdrojoch energie, avšak aj tu ide predovšetkým o konvenčné a stabilnejšie zdroje ako hydroenergetika, v prípade Islandu aj stabilná, geotermálna energia. Také krajiny majú geografickú výhodu. S pomocou aspoň jedného stabilného OZE (hydroenergia) a soláru a vetra dokážu vybudovať čistú a bezemisnú energetiku. Niektoré krajiny to už dosiahli (Island, Nórsko, Uruguaj, Paraguaj) a niektoré krajiny to budú schopné dosiahnuť v dúfajme čo najkratšej budúcnosti. Avšak mnohé krajiny si nevystačia len s vetrom a slnkom. Určite budú potrebovať aj nejaký iný zdroj. Tu je lepšie staviť na jadro ako na konvenčné špinavé uhlie, či iné fosílne palivá ako plyn. Pozitívom je, že mnohé južné (chudobnejšie) krajiny dnes fungujúcich prevažne na uhlí, budú môcť rozhodne viac využívať slnko a FVE ako prevažne zamračená Európa. Logicky inštalovaný výkon FVE dnes v Nemecku, by bol rozhodne omnoho viac prospešný v severnej Afrike, či v Indii.

Poďme sa ale pozrieť na dvoch "fosílnych dinosaurov" v rámci EÚ a to predovšetkým Poľsko a Česko. Obe krajiny dnes väčšinu svojich energetických potrieb stále kryjú bohužiaľ prevažne z uhlia. Ako vidíte na obrázku, tak Česko je na tom o niečo lepšie v porovnaní s Poľskom, nakoľko využíva aj jadrové zdroje, ale zároveň má Česko minimum obnoviteľných zdrojov, cca 12%.

Koniec by sme mohli zakončiť optimisticky, krajinou, ktorá dokázal vybudovať bezemisnú energetiku len čisto z obnoviteľných zdrojov. Island už dnes získava 100% energie len čisto z obnoviteľných zdrojov. Krajina podľa vlastných slov dosiahne uhlíkovú neutralitu "až" v roku 2040. Ak sa pozriete na Island, tak krajina v podstate dnes vyrába na 100% čistú energiu, už dnes jazdí po Islande väčšina elektromobilov, v roku 2022 bolo až 70% nových predaných áut elektromobilov, alebo hybridy. Napriek takému to náskoku krajina dosiahne uhlíkovú neutralitu v roku 2040. Naproti tomu Nemecko deklaruje, že ju dosiahne roku 2045, teda len o päť rokov neskôr, čo sa zdá ako ste dnes zrejme pochopili, veľmi málo pravdepodobné. Zvyšok EÚ by ju mal dosiahnuť v roku 2050. Bezemisná energetika by mala vyť základom, ak chceme tieto deklarované ciele aj naozaj dosiahnuť. Minimálne vo vyspelých štátoch je bezemisná energetika v zmysle produkcie elektriny určite možná. Mnohé krajiny (aj chudobnejšie) sú toho jasným dôkazom. Bohužiaľ dovolím si tvrdiť, že v niektorých krajinách prevláda skepticizmus voči čistejším a zelenším alternatívam, ktorý vzniká ako dôsledok lobbingu veľkých záujmových skupín, prevažne z energetického priemyslu a biznisu, postavenom na fosílnych a tradičných zdrojoch alebo tradičnej ekonomike 90tych rokoch.

Zdroje:

Václav Smil: Ako naozaj funguje svet (2022)

David J.C. MacKay: Obnoviteľné zdroje energie -s chladnou hlavou (Cambridge 2009)

Zdroje dát: Our World in Data: https://ourworldindata.org/

Green Deal a role jaderné energetiky v ČR: Jan Horáček, Slavomír Entler (AV ČR 2022)

Vizualizácia dát: https://www.visualcapitalist.com

Elektráreň Itaipú: https://cs.wikipedia.org/wiki/Itaip%C3%BA

Elektráreň tri rokliny https://cs.wikipedia.org/wiki/T%C5%99i_sout%C4%9Bsky_(hr%C3%A1z)

Veterná energia v Dánsku: https://iea-wind.org/about-iea-wind-tcp/members/denmark/

Electricity generation in Germany in 2023 PDF; Prof. Dr. Bruno Burger Freiburg, Germany, 10.01.2024: https://www.energy-charts.info/downloads/electricity_generation_germany_2023.pdf

Aktuálna výroba/spotreba elektriny: https://app.electricitymaps.com/map