Energetická transformace - Německá Energiewende

Základní pojmy

Záložní elektřina

Záložní elektřina není jasně definovaný pojem. Obecně jde o to, že některé elektrárny je nutné udržovat v pohotovostním režimu pro případ, že by jiné zdroje přestaly vyrábět elektřinu. Pokud jde o větrnou a solární energii, dispečersky řiditelná záloha bude potřeba vždy, ale brzy by se mohlo jednat v rostoucí míře o skladovanou elektřinu z přebytků výroby z obnovitelných zdrojů. Také konvenční elektrárny se někdy porouchají, a proto i ony vždy potřebovaly nějaký druh záložní kapacity; země, které nejsou zcela závislé na dovozu, mají téměř vždy část své výrobní kapacity v pohotovostním režimu. Kromě toho má mnoho zemí včetně Německa rezervní zdroje – elektrárny, které se spouštějí jen zřídka, v naléhavých případech. Pro německou síť představují rezervní kapacitu v první řadě zdroje spalující ropné produkty.

Základní zatížení / střední zatížení / špičková elektřina

Elektrárny pro základní zatížení pokrývají minimálníúroveň výroby elektřiny, kterou země potřebuje po celý den. Například německá spotřeba elektřiny zřídka klesá pod 40 gigawattů, dokonce i uprostřed noci, proto se za základní zatížení považuje přibližně prvních 40 gigawattů. Elektrárny, které tento objem pokrývají, obvykle běží 24 hodin denně. Střední zatížení znamená množství elektřiny, které se obvykle spotřebuje každý den. Během normálního pracovního dne dosahuje spotřeba elektřiny v Německu zpravidla až 60 gigawattů, za střední zatížení se tedy může považovat oblast mezi 40-60 gigawatty. Elektrárny, které zajišťují tuto výrobu, běží pravidelně, ale během dne může jejich produkce kolísat. Špičkové zatížení představuje veškerou elektřinu nad úrovní středního zatížení. Spotřeba elektřiny v Německu jen zřídkakdy přesáhne 80 gigawattů, proto lze za špičkovou považovat úroveň mezi 60 a 80 gigawatty. Špičkové elektrárny jsou v provozu výjimečně, ale musí být schopné začít rychle vyrábět. Jinak mohou zůstat dny nebo týdny v nečinnosti.

Hnědé uhlí / lignit

Viz černé uhlí

Emise uhlíku / skleníkový efekt

Jednou z hlavních příčin, proč má planeta Mars o tolik nižší teplotu než Země, je, že nemá atmosféru. Zemská atmosféra v podstatě působí jako povlak; sluneční světlo, které dosáhne na povrch, se v atmosféře před svým únikem chvíli odráží. Teplo, místo aby se rychle rozptýlilo, se tímto procesem hromadí. Tuto izolaci zesiluje řada různých plynů, odborníci však kvůli zjednodušení všechny shrnují pod ekvivalent emisí CO2. Největší objem přitom připadá právě na oxid uhličitý. Naše civilizace v podstatě využívá uhlík vázaný pod zemí (v uhlí, zemním plynu a ropě) a vypouští ho do atmosféry. Tím onen povlak zesiluje. Plyny, o něž se tu jedná, se souhrnně nazývají skleníkové plyny. Pojem skleník sice může u někoho vyvolávat pozitivní asociace, v případě skleníkových plynů se však nejedná o nic příjemného. Proto se také raději používá termín přehřívání klimatu místo pozitivněji znějícího globálního oteplování.

Kapacitní faktor

Poměr mezi jmenovitým výkonem zdroje (například v kilowattech) a množstvím vyrobené energie (například v kilowatthodinách). Kupříkladu větrná turbína s jmenovitou kapacitou 1,5 megawattu by mohla teoreticky za ideálních podmínek vyrobit maximálně 36 megawatthodin za den (1,5 MW x 24 hodin), což se rovná kapacitnímu faktoru sto procent – turbína v takovém případě pracuje po celou dobu na maximální výkon. V praxi má pozemní větrná turbína na dobrém místě kapacitní faktor přibližně 25 procent, takže 1,5megawattová turbína bude vyrábět průměrně 0,375 megawattu a za den vyprodukuje devět megawatthodin. Kapacitní faktor pozemních větrných elektráren v Německu je menší než 20 procent, zatímco kapacitní faktor větrných turbín na moři se odhaduje kolem 35 procent. Také kapacitní faktor solárních elektráren závisí ve velké míře na množství slunečního svitu a obecně se odhaduje mezi 10 a 20 procenty. Viz počet hodin plného výkonu.

Kogenerace / trigenerace

Když se odpadní teplo vznikající při výrobě elektřiny dále využívá, mluvíme o kogeneraci tepla a elektřiny. Při trigeneraci se pak odpadní teplo částečně využívá také k chlazení. Nezaměňujme s kombinovanými paroplynovými cykly, kde se odpadní teplo (pára) využívá k pohánění druhého generátoru, který vyrábí další elektřinu, ale neprodukuje přímo využitelné teplo. Při kogeneraci se odpadní teplo nevyužívá k výrobě další elektřiny, ale k zajištění například ohřevu teplé vody či vytápění.

Řízení poptávky

Elektřinu není možné jednoduše skladovat, proto musí být množství, které se celkově spotřebuje, stejné jako množství, jež se vyrobí. Donedávna vypadal systém dodávek elektřiny tak, že nabídka byla řízena, aby odpovídala poptávce; centrálně řízené elektrárny zvyšují nebo snižují výkon podle kolísající spotřeby elektřiny. S nepravidelnými dodávkami z obnovitelných zdrojů energie (viz dispečersky řiditelný) bude tento proces nicméně náročnější, takže poptávku bude třeba řídit. Například v období, kdy je elektřiny dostatek, se mohou ledničky a mrazáky o něco více ochladit, aby pak „přežily“ několik hodin s menší dodávkou elektřiny. Tímto způsobem lze poptávku po elektřině zčásti ovlivňovat.

Dispečersky řiditelný

Jako dispečersky řiditelné elektrárny se označují prostě takové, které lze zapínat a vypínat nebo zvyšovat či snižovat jejich výkon podle momentální potřeby. Nejvíce flexibilní jsou plynové turbíny a dobře v tomto směru fungují také moderní uhelné elektrárny. Starší uhelné elektrárny a jaderné elektrárny je lepší zapnout a nechat běžet téměř na plný výkon. Podobně jako u plynových turbín lze rychle měnit výkon také u zdrojů spalujících biomasu – v Německu jde o jediný druh obnovitelných zdrojů, o kterém se dá říci, že je dispečersky řiditelný. Větrná a sluneční energie se považuje za „nestálou“, což znamená, že nevyrábí elektřinu celou dobu, přestože lze jejich produkci spolehlivě předpovědět minimálně den dopředu. Co je však nejdůležitější, větrné turbíny a fotovoltaika nemohou být dispečersky řízeny, tzn. nejde je libovolně zapínat a vypínat. Jediné další dispečersky řiditelné obnovitelné zdroje elektřiny jsou vodní, geotermální a solární koncentrační elektrárny, které se však v Německu ve větších množstvích nenacházejí .

Decentralizovaná elektřina

Jedná se o elektřinu vyrobenou velkým počtem malých zdrojů (solární systémy na střechách, větrné turbíny apod.). Protikladem jsou centralizované dodávky elektřiny z velkých elektráren (nejen jaderných a uhelných, ale také velkoplošných fotovoltaických elektráren a velkých větrných farem).

Energetická účinnost

Množství využité energie v poměru k energii vložené. Nezaměňovat s kapacitním faktorem. U elektřiny z větru a ze slunce udává energetická účinnost něco zcela jiného než u neobnovitelných zdrojů. Například stará uhelná elektrárna může mít účinnost 33 procent, což znamená, že třetina energie z uhlí se přeměnění v elektřinu a zbylé dvě třetiny se ztrácejí v podobě odpadního tepla. Jedna třetina vypadá zdánlivě lépe než patnáctiprocentní účinnost standardního solárního panelu. Je zde ale rozdíl: pokud spálíme uhlí, je navždy ztraceno, proto dává smysl využít ho co možná nejefektivněji. I energii ze slunce je samozřejmě dobré využívat co nejefektivněji, jelikož energie, kterou nezpracujeme pomocí větrných turbín nebo solárních panelů, se navždy ztrácí. V případě solárních a větrných elektráren se však nevyužitá energie neustále obnovuje – Země přijímá každý den přibližně stejné množství slunečního záření.

Energetické plodiny

Rostliny, jejichž jediným účelem je dodávat energii. Například kukuřice pěstovaná na jídlo není energetickou plodinou ani v případě, že se její odpadní části využívají k výrobě energie. Abychom zůstali u příkladu s kukuřicí, pokud se využívá jako energetická plodina k výrobě bioplynu, sklízí se ještě před tím, než klasy dostatečně uzrají k jídlu, a využívá se celá rostlina. Jen plod – jedlá část rostliny – se naopak využívá k výrobě etanolu.

Energeticky náročný

Německé firmy, které spotřebovávají velké množství energie a potýkají se s mezinárodní konkurenci, jsou ve velké míře osvobozeny od příplatku, který pokrývá náklady na energii z obnovitelných zdrojů. Jedná se o firmy, které spotřebují minimálně 10 GWh elektřiny ročně, a spadají tak do kategorie „privilegovaného průmyslu“. Kvůli pokrytí nákladů německého systému minimálních výkupních cen platilo v roce 2011 asi 300 firem s velkou spotřebou energie 0,05 centu za kWh za 90 procent své elektřiny. Celou přirážku platily jen za prvních 10 procent; všichni ostatní platili celou přirážku za všechnu odebranou elektřinu. Kromě toho, pokud firma spotřebuje alespoň 100 GWh ročně a její náklady na energii dosáhnou více než 20 procent celkových výrobních nákladů, nemusí platit plnou přirážku ani za zbylých deset procent spotřebované energie.

Energetická unie

Nová Evropská komise chce během několika příštích let vytvořit energetickou unii, aby posílila energetickou bezpečnost EU. Velmi pravděpodobně však dojde jen na malé krůčky; jednotlivé členské země EU se příliš neshodnou na tom, jakou strategii v energetické politice uplatňovat. Současná debata se zaměřuje hlavně na energetickou bezpečnost a dostupnost dodávek.

Počet hodin plného výkonu

Zatímco kapacitní faktor představuje indikátor využití kapacity v procentech, počet hodin plného výkonu slouží jako velice užitečné měřítko pro dispečersky řiditelné zdroje, které se mohou zapínat a vypínat – jako elektrárny na biomasu, uhlí, zemní plyn a jaderné elektrárny. Běžný rok má 8760 hodin. Počet hodin plného výkonu se může použít například k určení množství času, po který má konkrétní zdroj každý rok běžet, aby byl ziskový. Elektrárna například potřebuje být v provozu 4000 hodin plného výkonu, aby přinášela zis, což se rovná kapacitnímu faktoru 4000 / 8760 = 45,7 procenta. Pokud funguje na 50 procent své kapacity, bude k dosažení 4000 hodin plného výkonu potřebovat 8000 hodin.

Výrobní výkon / jmenovitý výkon

Maximální výkon zdroje za určitých podmínek. Například jedna větrná turbína může mít jmenovitý výkon 1500 kilowattů (1,5 megawattu), ale tolik elektřiny vyprodukuje jen za silného větru. Viz kapacitní faktor.

Přístup k rozvodné síti

Jednu z překážek růstu obnovitelných zdrojů představuje nedostatečný přístup do distribučních sítí. Německý zákon stanovuje, že elektřina z obnovitelných zdrojů má v síti přednost, což znamená, že konvenční elektrárny musí snižovat výrobu. Jiné země naopak větrné turbíny a solární panely odpojují, aby chránily zisk konvenčních elektráren. Německý zákon navíc určuje podmínky, za kterých musí provozovatelé investovat do zvýšení kapacity sítě, aby zajistili připojení pro větrné turbíny, zařízení na biomasu a solární panely. V případě, že by operátoři nedokázali toto připojení zajistit, by investice do obnovitelných zdrojů mohly přijít vniveč.

Hrubá spotřeba energie / konečná spotřeba energie

Hrubá spotřeba energie zahrnuje vlastní spotřebu v energetickém sektoru společně se ztrátami při přenosu; čistá spotřeba znamená energii, která se dostane k vám domů v podobě paliva nebo elektřiny. Jinými slovy, ztráty při výrobě a přepravě nejsou zahrnuty. Například v Německu činila hrubá výroba v roce 2011 téměř 600 terawatthodin, zatímco čistá spotřeba dosáhla přibližně 535 terawatthodin. Chybějících 65 terawatthodin spotřebovaly samotné elektrárny, případně se jedná o ztráty v elektrickém vedení. Viz také primární energie (primary energy).

Černé uhlí / Antracit

Antracit představuje v zásadě jiný pojem pro černé uhlí, stejně jako lignit pro hnědé uhlí. Hnědé uhlí, kterého má Německo velké zásoby, je nejšpinavějším druhem uhlí; má relativně vysoký obsah vody, a tedy relativně nízkou výhřevnost; proto se obecně nedopravuje na velké vzdálenosti. Naopak černé uhlí je kompaktnější a má vyšší výhřevnost, díky níž se vyplatí ho rozvážet po celém světě. Hnědé uhlí je měkčí. Prakticky však mezi lignitem a antracitem nenajdeme zřetelný rozdíl, spíše bychom je mohli vnímat jako dvě strany téhož spektra. Většina uhlí spotřebovaného v USA má o něco nižší výhřevnost než to, co by Němci nazvali černým uhlím.

Kilowatt vs. kilowatthodina

Jeden kilowatt rovná se tisíc wattů. Podobně tisíc kilowattů se rovná jeden megawatt, tisíc megawattů jeden gigawatt a tisíc gigawattů jeden terawatt. Fén na vlasy, na kterém je napsáno „1000 wattů“, spotřebuje při plném výkonu kilowatt elektřiny. Pokud běží jednu hodinu, spotřebuje jednu kilowatthodinu. Podobně přístroj, který má příkon dva tisíce wattů, spotřebuje tisíc watthodin (neboli kilowatthodinu) za 30 minut. Pojmy kilowatt a kilowatthodina se běžně zaměňují, každý však označuje něco úplně jiného. Pokud potřebujete pomůcku k lepšímu zapamatování, myslete na kilowatty jako na koňské síly – velikost výkonu, který může vyvinout motor ve vašem autě. Koňské síly jsou potom ekvivalentem kilowattů – potenciál motoru/spotřebiče. Vaše auto ale málokdy jede na plný výkon (všechny koňské síly) a většinu dne dokonce stojí na místě. Proto si můžete představit kilowatthodiny jako vykonanou práci a potenciál naopak jako počet ujetých kilometrů.

Merit order

Ukazuje pořadí, v němž se na trhu nakupuje elektřina od výrobců. Merit order znamená, že nejdražší elektrárny určují cenu elektřiny na energetické burze. Elektrárny jsou seřazeny a spouštějí se podle svých „mezních nákladů“, což jsou v zásadě náklady na provoz (především palivo); mezní náklady nezahrnují například náklady na rekonstrukci elektráren. V případě uhlí a jádra se elektrárny prodraží při výstavbě, jejich provoz je však relativně levný, proto mají poměrně nízké mezní náklady a proto zůstávají v provozu na velký počet hodin plného výkonu. Naopak plynové turbíny nemají příliš vysoké náklady, pokud jde o výstavbu, zemní plyn je však v mnoha částech světa drahý, proto plynové elektrárny běží kratší dobu – pokud je cena plynu vyšší než cena uhlí, což tak funguje v Německu, ale ne například ve Velké Británii. Elektřina z obnovitelných zdrojů má v síti přednost a z toho důvodu není řazena podle ceny. Efekt obnovitelných zdrojů je tedy stejný jako u nižší spotřeby; nejdražší špičkové elektrárny jsou v provozu méně často, čímž se snižuje tržní cena.

Pasivní dům

Velmi efektivní budova (obytná i jiná), která „pasivně“ využívá sluneční záření k výraznému snížení potřeby „aktivního“ vytápění a chlazení, jež poskytují klimatizace a topné systémy. Pasivní domy se obejdou bez centrálního vytápění. Také staré domy lze ve stále větší míře renovovat v pasivním standardu. V oblastech s teplejším klimatem se mohou pasivní domy stavět převážně tak, aby eliminovaly potřebu chlazení.

Primární energie

Množství energie vložené do výrobního procesu; něco jiného je využitelná energie, kterou systém posílá spotřebitelům. Například tuny uhlí přivezené do uhelné elektrárny se považují za primární energii, zatímco elektřinu, která elektrárnu opouští, nazýváme energie sekundární. Uhelná elektrárna s účinností 40 procent spotřebuje 2,5krát více primární energie (uhlí), než vyrobí v podobě elektřiny (sekundární energie). U větrné a solární energie není mezi primární a sekundární energií rozdíl. Viz energetická účinnost.

Maloobchodní trh

Mezi typické maloobchodní odběratele elektřiny patří domácnosti a malé podniky. Tito kupci mají přípojky nízkého napětí a spotřebují relativně malé množství elektřiny. Obecně také platí nejvyšší ceny, protože jsou dodnes „v zajetí dodavatelů“, to znamená, že nemají k elektřině ze sítě alternativu. Růst obnovitelných zdrojů energie – a speciálně solárních systémů s možností skladovat energii – však nyní situaci na celém světě mění.

Chytrá energie

Když se informační technologie zkombinují se spotřebiči a zdroji elektřiny všech velikostí, mluvíme o chytrých sítích a inteligentních měřicích přístrojích (smart meters). Elektřinu je třeba vyrábět v množství přesně odpovídajícím současné spotřebě; v opačném případě potřebujeme skladovací kapacity. Spotřebu a výrobu lze upravit tak, aby si navzájem odpovídaly. Průmysl už dnes reaguje na potřeby sítě tím, že mění objem produkce, podobná opatření však lze zavést i v domácnostech. Například ledničky a klimatizace by se mohly dočasně vypínat, aby snížily poptávku po elektřině ve špičce; jakmile spotřeba elektřiny klesne, mohou naopak zůstat zapnuty o něco déle.

Spotový trh / denní trh

Elektřina se může nakupovat a prodávat v rámci dlouhodobých smluv, což je nejčastější model zahrnující většinu elektřiny na volných trzích, jakým je Německo. Spotřebu elektřiny však nelze odhadnout na 18 měsíců dopředu – což je období, které se objevuje ve smlouvách o nákupu elektřiny v Německu – a proto se zbytek prodává na energetické burze. Zde se obchody uzavírají na spotovém a denním trhu. Spotový trh je určen pro relativně okamžité nákupy, denní pro nákupy horizontu jednoho dne. Denní trh je zvlášť zajímavý pro obnovitelné zdroje jako solární a větrná energie, které závisejí na počasí, neboť to lze spolehlivě předpovědět právě na 24 hodin dopředu.

Velkoobchodní trh

Stejně jako ostatní komodity se i elektřina prodává jak na velkoobchodním, tak na maloobchodním trhu. V Německu mohou velcí kupci (průmyslové firmy, maloobchodní prodejci elektřiny apod.) a velcí prodejci (elektrárny) podepisovat smlouvy o nákupu elektřiny přímo, významné (a stále rostoucí) množství elektřiny se však prodává i na spotovém trhu. Ceny na spotovém trhu obvykle určují, jaké ceny lze sjednávat v přímých kupních smlouvách. Ty v Německu obecně platí maximálně několik let.