Evropská energetika se významně proměňuje. Dřívější koncept, kdy se ve velké elektrárně vyrobila elektřina a pak se jednosměrnou distribuční sítí přenesla k zákazníkům, už přestává stačit současným trendům. Mimo jiné také proto, že vzniká obrovský počet menších decentralizovaných zdrojů, zejména obnovitelných.
Energetický sektor se mění v chytřejší. Vyvíjejí se moderní informační a komunikační technologie a malé modulární reaktory, řeší se akumulace elektrické energie a vzniká koncept smart grids – takzvaných chytrých sítí.
Nešetří se na investicích do budoucnosti. Proměny energetiky ve světě jsou branou k miliardovým investicím. Podpoří světovou ekonomiku a vytvoří další exportní příležitosti. Celkový přínos prostřednictvím růstu HDP do roku 2050 se odhaduje na 52 bilionů amerických dolarů. Investice míří do obnovitelných zdrojů nebo zvyšování energetické účinnosti. Součástí investičních příležitostí budou také náklady na proměnu sítí, posilování větší flexibility při řízení zdrojů a další smart technologie.
Rovněž česká společnost ČEZ hodlá do moderních technologií investovat v následujících letech desítky miliard korun. Ostatně ČEZ Distribuce už zhruba deset let testuje a nasazuje nové technologie a prvky chytrých sítí v rámci pilotních a realizačních projektů. Mezi ně patřil Smart region Vrchlabí [1], který byl součástí celoevropského projektu Grid4EU. Účelem projektu bylo položit základy pro moderní elektrické sítě budoucnosti, Evropská komise ho podpořila částkou 25 milionů euro.
Součástí Smart regionu Vrchlabí byla i proměna distribuční sítě na automatizovanou a online monitorovanou. Pokud se například objevila porucha, postižené místo se odpojilo a elektřina proudila z jiné větve. Novým prvkem bylo začlenění kogeneračních jednotek nebo instalace tisíců chytrých elektroměrů. Ty umožňují obousměrnou komunikaci mezi distribuční sítí a zákazníkem. Jejich dalším přínosem je možnost sledování aktuální spotřeby a možnost plánování energeticky náročných činností na dobu mimo špičkové zatížení.
Společnost ČEZ už začala s budováním páteřní optické sítě, která má mít celkovou délku více než 7 tisíc kilometrů. Síť bude vybavena mnoha senzory a měřícími zařízeními, díky nimž bude mít řídící systém velmi přesný přehled o jejím vytížení. Analýzou dat za delší časový úsek dokáže i lépe predikovat energetické toky. Novinkou budou chytré elektroměry, do roku 2027 jimi budou osazeni všichni zákazníci s roční spotřebou přesahující 6 MWh, přičemž do této kategorie často spadají i rodinné domy s elektrickým vytápěním nebo elektromobilem.
Chytrá měřidla nahradí klasické elektroměry
Obdobně postupuje rovněž společnost E.ON, která počítá s tím, že časem nahradí klasické elektroměry. Projekt zavádění chytrého měření spolufinancuje Evropská unie. Celkem bude inteligentním měřením osazeno bezmála 28 tisíc odběrných míst. „Opatření, jež byla do projektu zahrnuta, povedou ke zlepšení kvality, spolehlivosti, bezpečnosti a udržitelnosti dodávek elektřiny konečným zákazníkům. Zároveň tato opatření zajistí úsporu spotřeby elektrické energie díky jejímu efektivnějšímu plánování a řízení,“ uvedl E.ON.
Evropská unie si ale v roce 2019 stěžovala, že v některých zemích včetně Česka postupuje instalace chytrých měřidel příliš pomalu. Lídrem je v tomto ohledu Švédsko, kde už má chytré elektroměry 100 % domácností. V těsném závěsu bylo Finsko, Estonsko a Španělsko.
Významným evropským projektem je akumulace elektrické energie. Většina decentralizovaných zdrojů je totiž závislých na slunečním svitu nebo síle větru, takže je zapotřebí vyrobenou elektřinu uchovat do doby, kdy bude zapotřebí. Součástí komplexního řešení je rovněž inteligentní řízení sítě, operativní řízení spotřeby a flexibilní tarifikace. A tak se stále zdokonalují baterie, zkouší se nové materiály a technologie. Mezi takové patří třeba supravodivé indukční akumulátory. Obrovskou výhodou této akumulace je velmi rychlá reakce, velmi vysoká účinnost a velmi malé ztráty v čase. Doba nabíjení a vybíjení je extrémně krátká a účinnost převyšuje 95 %.
Když se energie musí uložit
Česko v tomto ohledu zatím zaostává. Na podzim 2019 bylo sice v Plané nad Lužnicí zprovozněno největší bateriové úložiště s výkonem 4 MW a kapacitou 2,5 MWh, ale oproti zahraničním projektům to není žádný obr. V prosinci bylo v USA uvedeno do provozu největší bateriové úložiště na světě s výkonem 300 MW a kapacitou 1200 MWh, které předčilo do té doby největší bateriový systém o 250 MW a 250 MWh instalovaný v létě loňského roku, a to rovněž v Kalifornii. V Evropě je zatím rekordmanem Irsko, které své bateriové úložiště o 100 MW zapojilo taktéž loni v prosinci.
„Každým rokem jsou trhány nové a nové rekordy. Již nyní jsou známy velké plány na daleko větší úložiště jak v Evropě, tak po celém světě, takže zmiňovaná úložiště tak o svá postavení rekordmanů jistě brzy přijdou,“ uvedl ředitel Asociace pro akumulaci energie AKU-BAT Jan Fousek [2].
Podle Fouska také Česko ztrácí v porovnání s vyspělejšími zeměmi rovněž v celkové kapacitě bateriových systémů. „Čtyři české bateriové systémy mají výkon celkem 10 MW a kapacitu kolem 8 MWh, což je v porovnání například s Německem a jeho 750 MW velkokapacitních baterií vskutku tristní,“ dodal.
Baterie budoucnosti z brněnského VUT
Tomáš Kazda [3] se na Vysokém učení technickém v Brně se zabývá vývojem lithiových akumulátorů, které mohou snížit závislost na vzácných kovech. „Lithium iontové akumulátory se v posledních letech rozšířily do celé řady aplikací od mobilních telefonů přes elektromobily po těžkou techniku nebo lodí. Jejich nasazení umožňuje vývoj, například gravimetrická hustota energie baterií se zvýšila od začátku 90. let minulého století trojnásobně, a naopak cena klesla třicetinásobně. Někteří výrobci baterií uvádí, že se jim podařilo dostat cenu na 100 dolarů na kWh,“ uvedl Tomáš Kazda v rámci v rámci posledního Ekoinivačního fóra.
„V Evropě je aktuálně ohlášena řada projektů nových gigatováren na baterie, které by měly v budoucnu dohromady dosáhnout celkové produkční kapacity nad 400 GWh ročně. Na naší univerzitě se také věnujeme vývoji baterií s katodou ze síry. Právě lithium-sirné baterie mohou vést k dosažení energetické hustoty baterií až 600 Wh na kilogram. Takové baterie by zvýšily dojezd elektromobilů bez nutnosti dobíjení a byly by využitelné také v lodní nebo letecké dopravě,“ dodal Kazda.
Velkým potenciál je rovněž vodík, který je podle mnohých technologií budoucnosti – právě i pro dlouhodobé ukládání přebytků energie. „Nekonkuruje tak chemickým bateriím, ale je jejich ideálním doplněním,” domnívá se David Řeháček ze společnosti Green Reemedy [4], která se zabývá právě využíváním vodíku.
Příležitost pro kraje a města
Moderní energetika je velkou příležitostí pro kraje či obce. „Jen Jihomoravský kraj vlastní více než tři tisíce budov, jako jsou školy nebo sociální zařízení. Veřejné stavby po celém Česku skýtají potenciál pro stovky MW výkonu či úspor z obnovitelných zdrojů, jako jsou solární elektrárny nebo tepelná čerpadla. Tento potenciál je třeba využít, a právě kraje by měly jít příkladem,” uvedl v rámci posledního Ekoinovačního fóra Jiří Hlavenka, jihomoravský radní pro vědu, výzkum, inovace a IT [5].
Podle Davida Martínka, manažera pro vnější vztahy ČEZ ESCO [6], koronavirová pandemie ukázala, jak je důležitá nezávislost. „Je klíčové, aby základní infrastruktura, například nemocnice, měla zajištěné zdroje energie, které posílí jejich bezpečnost,” uvedl Martínek. Připomněl společný projekt s pražským ČVUT na základě metody EPC – energetických úspor se zárukou. „Díky renovaci domů ušetří univerzita 26 % nákladů za energii a vodu,” poznamenal.
Podle Martina Sedláka, programového ředitele Svazu moderní energetiky [7], jsou nedílnou součástí moderních budov také lokální obnovitelné zdroje. „Mezi inovativní projekty, které spojují technologie efektivních, úsporných budov s minimálními provozními náklady na energii z obnovitelných zdrojů, patří například kancelářské komplexy ČSOB v Praze Radlicích nebo kanceláře Nadace Partnerství v centru Brna. Využívají například nízkopotenciální energii země nebo v případě brněnského projektu také elektřinu a teplo vyráběné pomocí slunce,” sdělil Sedlák.
Města kompletně bez emisí
Martin Ledinský z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR [8], který je součástí evropského týmu zkoumajícího inovativní řešení solárních panelů, uvedl, že fotovoltaika je dnes nejlevnější ze všech zdrojů elektrické energie. „Z pohledu energetické návratnosti si solární panely stojí řádově lépe než například jaderná energetika. Mezinárodní energetická agentura předpovídá, že fotovoltaika dál významně poroste a v roce 2050 bude pokrývat zhruba 25 % globální spotřeby energie,” řekl Ledinský. „Myslíme si, že díky podstatným inovacím můžeme vrátit továrny na solární panely do Evropy. Podařilo se nám dosáhnout 25,4% účinnosti křemíkových solárních článků. Přiblížili jsme se tak současnému světovému rekordu (26,7 %), ovšem průmyslově využitelnou technologií,” představil úspěchy výzkumného evropského projektu H2020 9193.
V Německu zase vznikají pilotní projekty bezemisního města. Koncept je založený na výrobě energie z obnovitelných zdrojů (solárních a větrných elektráren), jejichž přebytky budou použity na výrobu zeleného vodíku, popřípadě uloženy do baterií. Součástí systému je kombinovaná hybridní elektrárna s možností spalování zemního plynu a vodíku a systémy na skladování tepla a vodíku.
„První projekt s tímto konceptem realizujeme ve spolupráci s německým městem Herzogenrath a dalšími partnery. Toto město s 46 tisíci obyvateli v uhelném regionu má za cíl být k roku 2030 emisně neutrální. Výhodou je, že město má zkušenosti s energetikou, již dnes provozuje solární elektrárnu a má svou teplárnu,“ uvedl Jaroslav Lahoda, generální ředitel společnosti Siemens Energy [9], která se na projektu podílí. V první fázi se do roku 2024 podíl obnovitelných zdrojů rozšíří o novou fotovoltaikou, větrné turbíny, elektrolyzér s úložištěm vodíku a hybridní elektrárnu. „V dalších fázích pak budeme rozšiřovat podíl obnovitelných zdrojů a akumulace všech energií,“ dodal Lahoda.
Budoucnost je ve vodíku
Zatímco zásoby fosilních paliv se tenčí, vodík je všude kolem a vědci mu předpovídají velkou budoucnost – především v energetice nebo v dopravě. Vodík je nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru a je obsažen také ve vodě, která pokrývá dvě třetiny Země. Jenže prakticky nikde se nevyskytuje samostatně, což přináší vysoké náklady na výrobu.
Vodíkové kolegium světových firem [10] ale například prorokuje, že díky výzkumu a vývoji se cena paliva do aut na vodík do deseti letech sníží asi o polovinu. Vodík by mohl pohánět například nákladní vozidla s dlouhým dojezdem. K tak razantnímu snížení nákladů na vodíkové palivo ovšem bude podle expertních odhadů zapotřebí desítky miliard dolarů.
Podle české Aliance pro energetickou soběstačnost [11] lze vodík využít rovněž v chemickém průmyslu nebo kovohutích. Hojně se využívá jako meziprodukt pro výrobu čpavku a syntetického metanu. Světová poptávka po něm se mezi lety 1980 a 2018 více než ztrojnásobila – v roce 2050 má podle aliance pokrývat až 24 % světové poptávky po energii a tvořit trh o velikosti 630 miliard eur ročně.
Aliance sdělila, že náklady na pořízení elektrolyzéru klesly v posledních deseti letech o 60 % a podle Evropské komise se mají do roku 2030 snížit ještě o polovinu na 450 eur za kWh. Podle mezinárodních organizací tak v místě levné elektřiny vyjde kilogram vodíku na konci tohoto desetiletí na 1,1 až 2,4 eura (asi 29 až 63 korun). „Výroba zeleného vodíku pomůže energetické soběstačnosti a udržitelnému rozvoji i v České republice. Množství vyrobené elektřiny silně ovlivňují roční období a výkyvy počasí. Letní měsíce jsou pravidelně přebytkové a zelený vodík dává ekonomický smysl právě v době přebytku elektřiny,“ řekl před časem analytik Aliance pro energetickou soběstačnost Martin Madej [12].
V Česku by elektrolyzéry mohly podle expertů vzniknout například na Ústecku nebo na Karvinsku. „Zelený vodík můžeme v Česku využít pro čistou mobilitu nebo jako dlouhodobou zásobárnu energie,“ konstatoval majitel společnosti Adler Czech Martin Hausenblas [13]. K přepravě vodíku je podle něj mimo jiné uzpůsoben plynovod Gazela na severozápadě Čech.
Aktuálně se v Česku využívá převážně takzvaný šedý vodík, vyrobený z fosilních paliv. Na každou tunu šedého vodíku připadá podle Aliance pro energetickou soběstačnost devět až deset tun emisí oxidu uhličitého. Pokud je zařízení způsobilé vyprodukované emise zachytit, je vodík označován jako modrý. Tradiční vodík používá například ČEZ k chlazení velkých generátorů v jaderných elektrárnách.
Zdroje a odkazy
[1] Virtuální prohlídka Smart regionu Vrchlabí
[2] LinkedIn Jana Fouska
[3] LinkedIn Tomáše Kazdy
[4] LinkedIn Davida Řeháčka
[5] LinkedIn Jiřího Hlavenky
[6] LinkedIn Davida Martínka
[7] LinkedIn Martina Sedláka
[8] LinkedIn Martina Ledinského
[9] LinkedIn Jaroslava Lahody
[10] Vodíkové kolegium
[11] Potenciál zeleného a modrého vodíku pro českou energetiku, průmysl a dopravu (Zoom webinář)
[12] LinkedIn Martina Madeje
[13] LinkedIn Martina Hausenblase
