Středa, Prosinec 12

Německý přechod k obnovitelné energii je podle časopisu Nature energetický hazard

Směr je jasný - vpřed!  Zdroj: crowdener.gy
Směr je jasný – vpřed! Zdroj: crowdener.gy

Německý ambiciózní plán na sražení emisí skleníkových plynů musí překonat několik technologických a ekonomických překážek. Nejdiskutovanějšími problémy jsou: nestabilní přenosová soustava, nemožnost uskladňovat elektřinu, dotace pokřivující trh s energií, ekonomická nesamostatnost solárních a větrných elektráren a vysoké ceny elektřiny v Německu. Jednotlivě je probereme a podíváme se na to, jak vypadají naděje na jejich vyřešení.

V průmyslovém skladišti na okraji Stuttgartu si podává ruku minulost umouněná od sazí s budoucností plnou zelené energie. V rohu skladiště stojí litinový motor o velikosti autobusu, který dnes poslouží akorát tak jako památka do muzea. Až do sedmdesátých let minulého století byl používán ke stlačování svítiplynu pro osvětlení, vaření a vytápění. Poblíž něj stojí naleštěná soustava nerezových nádrží, které využívají elektřinu pro výrobu metanu z vody a oxidu uhličitého.

Tato aparatura je pilotním exemplářem zařízení s názvem power-to-gas, zkracovaným na P2G. Zároveň je největším zařízením tohoto druhu na světě a práce, kterou Německo absolvovalo především co se týče výzkumu, posune tuto zemi v příštích letech na přední pozici v boji o čistší energii. Vývojáři projektu tvrdí, že tento systém za 3,5 milionu eur je ideálním způsobem, jak se vypořádat s nepravidelností solárních a větrných elektráren. Během slunečných či větrných dnů může být nadbytek elektřiny využíván pro výrobu metanu, který je na rozdíl od elektřiny možno uchovávat po delší dobu. V období nedostatku elektřiny kvůli bezvětří či nedostatku slunečního světla je pak možné metan spalovat v tepelných elektrárnách.

Německo si dalo za úkol vyvinout zařízení power-to-gas již na začátku svého dlouhodobého plánu na očištění energetiky, který je znám pod německým označením Energiewende. V německých zákonech je zakotven záměr snížení emisí CO2 nahrazením fosilních paliv obnovitelnými zdroji. Německo věří, že se mu do roku 2020 podaří zvýšit podíl obnovitelných zdrojů energie na 35% a do roku 2050 dokonce na 80%.

Při realizaci plánu Energiewende došlo v Německu k celosvětově nejrozsáhlejšímu zvyšování podílu solárních a větrných elektráren i ostatních druhů obnovitelných zdrojů na celkové energetické bilanci. Navíc má toto úsilí podporu všech německých politických stran a většiny populace, takže zřejmě bude pokračovat i po zářijových celostátních volbách bez ohledu na výsledek. Zbytek světa německé počínání bedlivě sleduje a čekají, jak dopadne a zda se ukáže, že mají následovat německou cestu. „Německý plán Energiewende by mohl vést k celosvětové energetické revoluci,“ říká Harry Lehmann, výkonný předseda organizace World Council for Renewable Energies, který sídlí v německém Dessau.

Aby Německo dosáhlo svého, investuje každý rok do výzkumu energetiky přes 1,5 miliardy eur. Jedním z hlavních cílů je vylepšit stuttgartské zařízení power-to-gas a postavit několik dalších. Dalším cílem je posílit energetickou síť spojující vzdálené větrné turbíny a nespočetné malé fotovoltaické panely. Autoři programu se také snaží zvýšit účinnost výroby elektrické energie pomocí větru, slunce a biomasy a v neposlední řadě i o motivaci obyvatel ke snížení spotřeby elektrické energie.

Většina německých odborníků se shoduje na tom, že technologické překážky jsou překonatelné. Kupříkladu Eberhard Umbach z technické univerzity v Karlsruhe k tomu uvádí: „Nepotřebujeme žádné technologické skoky, abychom dokončili Energiewende.“ Pan Umbauch dohlíží na výzkumné aktivity v oblasti energetiky, které probíhají v řadě německých státních výzkumných center a které dohromady představují 500 milionů eur.

Ovšem Energiewende není jen o technologických překážkách a ke slovu přichází i ekonomické obtíže, protože celková cena proměny energetiky Energiewende je odhadována na jeden bilion euro. Evropská vážná finanční krize může poškodit projekt takového rozsahu, varuje Roger Pielke Jr, výzkumník životního prostředí při University of Colorado Boulder. „Němečtí obyvatelé projevují velkou ochotu platit za energetickou proměnu, ale tato ochota má svá omezení. Ta se mohou výrazně projevit, pokud se ekonomická situace zhorší.“

Peníze a energie

Každému, kdo projíždí Německem, je patrné, že Energiewende probíhá a také v jakém rozsahu. Díky štědrým dotacím pokrývají nákladné solární panely přes milion střech domů, farem a skladišť. Podél silnic na kopcích si můžete všimnout pučících trsů větrných elektráren, obzvláště ve větrných severních oblastech. Německé portfolio zelené energetiky vzrůstá zuřivým tempem, vloni pokryly obnovitelné zdroje více jak čtvrtinu hrubé německé spotřeby.

Primární motivací pro Energiewende je boj se změnou klimatu. Německo plánuje do roku 2020 snížit emise o 40%, což znamená pod hodnotu z roku 1990, a do roku 2050 dokonce o 80%. Tyto cíle německá vláda stanovila v roce 2005, ale po událostech ve Fukušimě z března 2011 se cíle staly mnohem ambicioznějšími.

Fukušimská havárie byla pro kancléřku Angelu Merkelovou popudem k urychlení plánovaného odchodu od jádra, které v roce 2010 Německu poskytovalo 25% energie. Nechala ihned uzavřít osm jaderných elektráren a slíbila, že zbývající budou uzavřeny do roku 2022. Najednou Německo potřebovalo výrazně zrychlit přechod k obnovitelným zdrojům energie.

Němečtí spotřebitelé poznají cenu této změny na svých účtech za elektřinu. Vláda ve svých prohlášeních prosí občany, aby přijali tzv. sdílení nákladů (v anglické literatuře to najdete pod označením „shared cost“), což znamená rozdělení nákladů mezi všechny domácnosti. A také to vede k tomu, že má Německo nejvyšší cenu elektřiny v celé Evropě. (Těžký průmysl je ale v současné době osvobozen od placení této přirážky, aby byla zachována jeho konkurenceschopnost.)

Sdílení nákladů je mechanismus podporující zelenou energii, která je o poznání dražší než elektřina vznikající spalováním uhlí a zemního plynu. V pozadí Energiewende stojí německý zákon o obnovitelné energii (Renewable Energy Act, Erneuerbare-Energien-Gesetz, EEG), který dovoluje provozovatelům solárních a větrných elektráren prodávat elektřinu za pevnou zvýšenou cenu. Díky tomu dostali v loňském roce tito provozovatelé za energii přibližně 20 miliard euro, přičemž na volném trhu s elektřinou by za ni dostali jen pouhé 3 miliardy eur. Tento rozdíl šel z kapes německých spotřebitelů.

Zákon o obnovitelné energii prošel německým parlamentem v roce 2000 a od té doby pomohl Německu uvést do provozu výrazně více větrných a solárních elektráren, než tomu za tu dobu bylo v jiných rozvinutých zemích. Ale příspěvky způsobují lehce groteskní zkreslení trhu s energií, protože někdy nutí energetické společnosti, aby prodávaly elektřinu se ztrátou.

Německá energetická politika se odráží i na evropském trhu s energií. V lednu oznámil největší evropský dodavatel elektrické energie, společnost E.ON sídlící v Düssedorfu, že uzavře některé ztrátové plynové elektrárny rozeseté po celé Evropě. A to i přesto, že znečišťují ovzduší mnohem méně než uhelné elektrárny. Nekontrolovaný růst počtu obnovitelných zdrojů energie způsobuje, že plynové elektrárny zůstávají po většinu doby nečinné, řekl akcionářům Johannes Teyssen, generální ředitel společnosti E.ON.

Zároveň je Německo vystaveno vrtochům vnějších faktorů, jako je třeba prudký nárůst produkce zemního plynu v USA, který potlačuje tamní poptávku po uhlí. Nadbytečné americké uhlí tak směřuje do Evropy, především do Velké Británie a do Německa. Jak roste německý dovoz levného uhlí, vzrůstají i emise skleníkových plynů. V roce 2012 nahradil dvouprocentní nárůst dlouholetý pokles emisí. Loňské září prohlásil Peter Altmeier, spolkový ministr životního prostředí, že uhelné elektrárny budou potřeba k zajištění dodávek energie po desetiletí. Aktuálně Německo buduje uhelné elektrárny s celkovým instalovaným výkonem 11 GW a stávajících 55 GW instalovaného výkonu nezmizí tak rychle, jak Německo původně plánovalo.

Kvůli návratu ke spalování uhlí je velice nepravděpodobné, že Německo splní své cíle ve snižování emisí skleníkových plynů, které si vytyčilo do roku 2020. Pan Pielke Jr. k tomu uvedl: „Je to logické. Když se vzdáte jaderné energetiky, v krátkodobém horizontu vaše emise vzrostou.“

Na druhou stranu Němečtí politici tvrdí, že emise rostou jen dočasně a tento trend se otočí. Některé starší elektrárny s menší účinností budou nahrazeny nejmodernějšími uhelnými elektrárnami. Jako příklad uvádí elektrárnu poblíž Cologne, která bude mít výkon 2,2 GW a bude spalovat hnědé uhlí. Podle ministra Altmaiera to povede ke snížení emisí CO2.

Pro udržení rostoucího trendu zelené energie je ale nutné, aby klesly její náklady. „Dotace sice pomohly spustit myšlenku přechodu k zelené energii, ale ta se musí stát ekonomicky soběstačnou,“ říká Brigitte Knopf, vedoucí výzkumné skupiny European and Germany Energy Strategies (ESED) působící při Potsdamském institutu pro výzkum vlivu na životní prostředí (Postsdam-Institut für Klimafolgenforschung – PIK).

Směrem ekonomické soběstačnosti směřuje Německo své mnohé energetické výzkumné projekty, na něž dá přebytečných 3,5 miliardy euro ze státního rozpočtu za roky 2011 až 2014. Přibližně 200 milionů euro jde na vývoj a zlepšování technologií pro skladování elektřiny.

„Zelená energie je úžasná věc – pokud ji dokážete přechovávat ve velkém měřítku a efektivně distribuovat,“ říká Frithjof Staiß, obchodní ředitel Centra pro výzkum solární energie a vodíku ve Stuttgartu (Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung – ZSW), které provozuje zařízení power-to-gas. Dále uvedl, že zlepšení technologie skladování umožní lepší řízení a prodejnost zelené energie, čímž výrazně pomohou snížit cenu solárních a větrných elektráren.

V současné době Německo používá k uskladňování energie přečerpávací elektrárny. To znamená, že pumpují vodu do výše umístěných přehrad, když je nadbytek elektřiny. V případě nedostatku elektrické energie ženou vodu zpět přes turbíny, které opět pouští elektřinu do sítě. Nyní v Německu funguje celkem 30 přečerpávacích elektráren a země bohužel nemá dostatek možností pro nová zařízení tohoto typu. I tak se ale pár vhodných lokalit najde, takže Německo plánuje do roku 2020 zvýšit kapacitu přečerpávacích elektráren o 20%.

Avšak zařízení power-to-gas mohou představovat ohromné zvýšení úložné kapacity elektřiny a Německo kráčí po této cestě v čele. Elektrolytické nádrže stuttgartského zařízení mají výkon 250 kWatt a používají nadbytečnou elektřinu z obnovitelných zdrojů energie na výrobu vodíku z vody. Při výrobě metanu mísí vodík s oxidem uhličitým, který získávají z rozkládajícího se kalu a zemědělského odpadu. Jiné typy zařízení power-to-gas získávají CO2 přímo ze vzduchu.

Technologie power-to-gas ale stále není zralá pro průmyslové použití. Důvodem jsou vysoké pořizovací náklady a účinnost okolo 50% při přeměně elektřiny v metan. Také čistota produkovaného metanu zatím není dostatečná. Zařízení ve Stuttgartu se snaží především o to, aby bylo schopno běžně vyrábět metan s nízkým podílem vodíku a kyslíku.

Některé další vládou financované výzkumné týmy se snaží o vylepšení membrán používaných při reakcích během elektrolýzy, při níž vzniká vodík. Například nové membrány prostupné pro protony mohou reagovat na kolísání elektřiny během milisekund, což vede k výrobě velmi čistého vodíku pro použití mimo jiné i v zařízeních power-to-gas.

Až zařízení power-to-gas překonají počáteční potíže, budou se moci rozšířit a jimi produkovaný metan bude moci být skladován v nádržích používaných pro zemní plyn. Odhady hovoří o tom, že bude možno takto skladovat až 500 000 GWh elektrické energie, které by Německu stačili na více jak šest měsíců.

Syntetizovaný plyn bude možno samozřejmě používat i pro vytápění a jako palivo v automobilech, což vedlo automobilku Audi ke stavbě prvního komerčního zařízení power-to-gas ve městě Wertle v severním Německu. Počítá se s tím, že toto zařízení bude schopno produkovat až 4000 metrů krychlových metanu za den, což by pokrylo spotřebu asi 1500 aut. Audi se tento rok chystá představit hybridní sedan poháněný zemním plynem.

Pokud si Němci tento typ automobilu oblíbí, dojde ke snížení emisí i v dopravním sektoru, který až dosud zaostával v zavedení Energiewende za ostatními odvětvími. Vláda se snaží mít do roku 2020 na silnicích jeden milion elektromobilů, ale odborníci toto číslo hodnotí velice pesimisticky. Německý průmysl postrádá kapacity pro produkci elektromobilů a Němci coby motorističtí nadšenci dosud neprojevili touhu po těchto automobilech. Nový projekt firmy Audi by ale řadu z nich mohl získat na svou stranu, protože umožňuje přepnout na klasické palivo, pokud začne docházet zemní plyn a specializovaná čerpací stanice bude nedosažitelně vzdálená. Tuto možnost řidiči elektromobilů nemají.

Nabídka a poptávka

Na rozdíl od dopravy, která se mění velice pomalu, má energetika opačný problém, protože prudké rozšíření solárních a větrných elektráren způsobuje noční můry pracovníkům dohlížejícím na přenosovou soustavu. Ti čelí nadbytkům elektřiny, pokud vítr fouká a Slunce svítí, a naopak velkým nedostatkům, když je bezvětří a zataženo. V roce 2011 došlo k přes 200 000 blackoutům převyšujících svým trváním tři minuty. Odborníci varují, že těchto selhání sítě bude přibývat.

Aby Energiewende uspěla, musí se přenosová soustava přizpůsobit milionům dalších malých solárních panelů a větrných turbín a také nezávislým podsoustavám. To jsou například vedení připojující větrné farmy na volném moři, které ale čas od času zahlcují vnitrozemskou přenosovou soustavu elektřinou.

V lednu vynaložila německá vláda 150 milionů eur na výzvu o výzkumné návrhy pro zlepšení přenosové soustavy. Vloni také oznámila, že postaví přibližně 4000 km nového vedení vysokého a nízkého napětí, které bude mít celkovou kapacitu 10 GW. Tento projekt vyjde na 20 miliard euro a usnadní přenos energie z větrných farem na východě Německa do jeho jižní části.

A Německo se může dokonce dívat dále do ciziny, protože vzdálené zdroje energie za hranicemi Německa mohou usnadnit průběh Energiewende tím, že by jimi Německo kompenzovalo dny s bezvětřím a zataženou oblohou, říká Robert Socolow, environmentální ekonom na univerzitě v Princetonu v New Jersey.

Několik společností získalo podporu pro stavbu obrovské solární tepelné elektrárny na Sahaře, na jejíž povrch dopadá dostatek slunečních paprsků pro pokrytí evropské spotřeby elektřiny. Jenže koncem loňského roku se mnohamiliardový projekt s názvem Desertec zastavil, protože z něj vystoupily dvě nejvýznamnější společnosti Siemens a Bosch. Navíc mnozí analytici pochybují, že by se Německo nebo jakákoliv jiná evropská země chtěla spolehnout na velké dovozy energie z politicky nestabilní oblasti.

Někteří odborníci ale zpochybňují nutnost přenosu elektřiny na velké vzdálenosti. „To, že Energiewende závisí na ohromném rozšíření přenosové soustavy, je mýtus. Dokonce velmi drahý mýtus,“ uvedl Mathias Willenbacher, spoluzakladatel a obchodní ředitel společnosti Juwi, která úspěšně realizuje malé projekty obnovitelných zdrojů. Pan Willenbacher argumentoval tím, že by bylo lepší, kdyby se peníze dávaly na vývoj skladování energie. Dále uvedl: „Pokud vyřešíte problém se skladováním, nebudete potřebovat přenášet velká množství energie z větrných farem v Severním moři až do Alp.“

Pan Umbach je toho názoru, že ačkoliv Německo je schopné vyrobit potřebnou elektřinu, tak plán Energiewende nemá šanci uspět, pokud nepřesvědčí obyčejný lid k účinnějšímu využívání elektřiny.

Vědci z technické univerzity v Karlsruhe momentálně pracují na průzkumu, zda se jim podaří změnit jednání tisícovky obyvatel a firem ve městě Göppingen a vesnici Freiamt. Pokus podporovaný také energetickou společností EnBW spočívá v tom, že spotřebitelé dostanou moderní elektroměry, které jim poskytují informace o jejich aktuální spotřebě elektřiny a o ceně elektřiny, která se mění v průběhu dne. Vědci zkoumají, zda tyto informace přispějí k tomu, aby lidé snížili svou spotřebu elektrické energie.

Jak se Němcům podaří probojovat do nového energetického světa (stojí za zmínku, že v originále je zní toto spojení jako „brave new energy world“, což průhledně odkazuje na román A. Huxleyho The Brave New World, v češtině Konec civilizace), zůstává otázkou, říká pan Umbach. Dále se ptá: „Bude jim počítač říkat, kdy mají umývat nádobí nebo kdy mají vařit? Nebo budou si vůbec chtít osmažit svůj řízek, když na něj budou mít chuť?“

Výzkum všech překážek v cestě za zelenou energií podle pana Umbacha ještě nemusí znamenat, že Energiewende vyjde tak, jak je plánováno. Je ale přesvědčen, že Německo je tou pravou zemí pro vyzkoušení takového významného experimentu. Dále uvádí: „Pokud se to nepovede, bude to velice zlé pro Německo. Pokud ale uspěje, přinese to užitek celému světu.“

Zdroj: Nature.com

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.