Technologie – klíčová otázka

Flexibilní produkce energie (konec základního zatížení)

Již nyní je jasné, že nesouvislá výroba solárních a větrných eletráren nakonec zasáhne hluboko do produkce energie v režimu základního zatížení. Experti z oboru energetiky jsou si dlouhou dobu vědomi, že režim základního zatížení je s nesouvislou výrobou energie z obnovitelných zdrojů neslučitelný. Abychom doplnili obnovitelné zdroje, budeme potřebovat regulovatelné elektrárny, které mohou relativně rychle zvýšit a snížit produkci. Takové elektrárny se více podobají dnešnímu střednímu a špičkovému zatížení (plynové turbíny) než základnímu zatížení (jaderné elektrárny, které nezvyšují produkci snadno). Energetický trh se bude muset přestavět, aby bylo možno takovou rezervní kapacitu zaplatit. Proto se v Německu stále více mluví o kapacitním trhu a strategických zásobách energie. Do roku 2017 nebyl představen konkrétní plán. Místo toho se každoročně vytváří "zimní rezerva" zdrojů připravených k nasazení - pro zimu 2017/2018 jde o 10,4 GW. Vzhledem k tomu, že za vytváření "zimní rezervy" jsou majitelé zdrojů placeni, jde v principu o kapacitní trh.

Dlouhodobě se má „zimní rezerva“ rozšířit z 2,5 na 4 gigawatty. Zimní rezerva zahrnuje elektrárny, které nejsou potřeba s výjimkou naléhavých případů – obecně když poptávka dosáhne během topné sezony špičky. Tyto elektrárny dostávají kompenzaci za své pohotovostní služby, mají ale zakázáno prodávat energii jiným způsobem.

Co se dá dělat, když slunce nesvítí a vítr nefouká? Mimo Německo se často říká, že konvenční elektrárny budou potřeba v tomto století jako přemosťovací technologie během přechodu na obnovitelné zdroje. Konkrétně se mluví o potřebě elektřiny vyráběné v režimu základního zatížení, kterou kolísající větrné turbíny a solární panely nemohou poskytnout.

Německo již získává tolik elektřiny z větru a slunce, že se na věc začalo dívat jinak. Němci si k překvapení ostatních uvědomili, že poptávka po elektřině v režimu základního zatížení se brzy stane věcí minulosti. Potřebujeme flexibilní, rychle regulovatelnou produkci energie, nikoliv základní zatížení. Rozdíl je zřejmý, pokud vezmeme v úvahu centrální elektrárny, tedy uhelné a jaderné. V ideálním případě se tyto elektrány spustí a pracují v plné kapacitě, dokud nepotřebují nějaké opravy. Zejména jaderné elektrárny nezvyšují a nesnižují produkci snadno v rámci několika hodin, a pokud takový pokus proběhne, má z hlediska jejich hospodářského výsledku špatný efekt hned ve dvou směrech: za prvé, fixní náklady zůstávají stejné, pouze náklady na palivo se mírně sníží, takže měrné náklady na energii z jaderné elektrárny se zvyšují; za druhé, klíčové součásti elektrárny trpí termomechanickou únavou, která zkracuje jejich životnost.

Pro čtyři největší německé energetické společnosti představuje tato situace vcelku dilema. Při rozhodování o své výrobní kapacitě vycházely z předpokladu, že během špičkové spotřeby budou moci prodávat elektřinu s velkou marží. Spotřeba energie nyní zůstává nezměněna a v určité dny stále vrcholí na hodnotě kolem 70 megawatt, ale solární a větrná energie zatlačují produkci konvenční energie ke 40 megawattům, tedy zhruba na úroveň výroby v základním zatížení – kvůli jejímuž pokrytí velké energetické společnosti vznikají. Ještě před deseti lety zpátky zlehčovaly velké energetické společnosti větrnou a solární energii jako technologie, které zaplňují mezeru na trhu a nikdy nebudou schopny tvořit velkou část dodávek energie. Nyní jsou tyto společnosti kvůli solární a větrné energii stále méně rentabilní.

V roce 2015 oznámila německá společnost E.on, že se rozděluje do dvou firem: jedné zaměřené na obnovitelné zdroje a nové služby a druhé na konvenční energii. Společnost Vattenfall, plně vlastněná švédským státem, také oznámila, že plánuje ustoupit ze svých německých uhelných aktiv. Motivace je ale politická, nikoliv finanční – švédská vláda zvolená v roce 2014 chce, aby byla firma v zahraničí tak čistá, jako je doma. Vláda Bádenska-Württemberska nedávno převzala společnost EnBW, která nyní sleduje „zelenější“ strategii. I společnost RWE uznala potřebu přizpůsobit svoji obchodní strategii tak, aby počítala s Energiewende, nicméně (zatím) neplánuje rozdělení na odlišné obchodní jednotky jako E.on. RWE má prostě příliš mnoho hnědého uhlí (více než třetinu ze své produkce energie), které je na německém energetickém trhu stále relativně ziskové. E.on má naopak pouze 6 procent hnědého uhlí – v roce 2013 pocházela třetina jeho produkce z ropy a plynu. Zemní plyn ztratil v posledních letech kvůli vývoji cen největší podíl na energetickém trhu. E.on postihl odklon od jádra nejvíce.

Nechtěný výsledek: obnovitelné zdroje vytlačují zemní plyn

Tento výsledek je částečně záměrný a částečně nezáměrný. Nezáměrná část spočívá v tom, že kvůli obnovitelným zdrojům, které nahrazují střední zatížení, se investice do plynových elektráren stávají neatraktivní, protože tyto zdroje nepracují tolik hodin ročně. Německo v zásadě potřebuje mít regulovatelný instalovaný výkon na úrovni své špičkové roční poptávky, která dělá aktuálně asi 80 gigawattů a nastává během zimních večerů – když nesvítí slunce. Velká část z těchto 80 gigawattů proto musí být zajištěna ve formě regulovatelných plynových turbín. Tato možnost se obecně považuje z technického hlediska za nejlepší, protože nevyžaduje dodatečnou infrastrukturu a dovolila by sezonní skladování elektřiny. Němečtí výzkumníci odhadují že skladovací kapacita současného německého plynárenství může dosahovat množství plynu dostačující na pokrytí poptávky celé země na čtyři měsíce. I když se toto řešení jeví z technologického hlediska jako nejlepší, čelí finanční výzvě: velkoobchodní ceny elektřiny jsou na energetické burze nyní tak nízké, že investice do další produkční kapacity by nebyly výnosné. Nejenže čtyři největší německé energetické společnosti upouštějí od plánů postavit nové plynové turbíny, ale dokonce se proslýchá že některé z existujících turbín mohou být vyřazeny z provozu, protože již v průběhu roku nepracují dostatečný počet hodin.

I když se tento výsledek dal předvídat, situace nastala rychleji, než většina příznivců obnovitelných zdrojů očekávala – především ve světle extrémně rychlého růstu fotovoltaiky mezi roky 2010 a 2012, kdy bylo ročně instalováno 7,5 gigawattu. Pokud by fotovoltaický trh dále rostl na úrovni těchto tří let (v roce 2014 bylo instalováno pouze 1,9 gigawattu a v roce 2013 3,8 gigawattu), Německo by bývalo dosáhlo 150 procent letní špičkové poptávky, která během týdne vrcholí na 60 až 70 gigawattech a pouhých 50 gigawattech o víkendu. Graf jednoho z německých výzkumníků ukazuje, co by se stalo, kdyby bylo do roku 2020 instalováno „pouze“ 70 gigawattů fotovoltaiky (uvědomme si, že oficiální vládní cíl je 52 gigawattů do roku 2020).

Obnovitelné zdroje fungují lépe v kombinaci s  exibilními elektrárnami, nikoli se zdroji pro základní zatížení

Tento graf neukazuje žádnou elektřinu vyráběnou v základním zatížení – šedá oblast nyní představuje střední a špičkovou zátež. Německo bude potřebovat velmi flexibilní, regulovatelnou výrobní kapacitu, jejíž výkon se může každý den zvýšit z asi 10 gigawattů na 50 gigawattů nebo více v rámci jen několika hodin. Německo v současné době tolik flexibilní produkční kapacity nemá a všechny nynější plány na nové elektrárny se přehodnocují vzhledem k novým podmínkám na trhu – nižším velkoobchodním cenám. Od roku 2010 do roku 2014 spadly velkoobchodní ceny energie na německé energetické burze asi o třetinu. Jednou z hlavních příčin je konkrétně vzestup solární energie: protože většina se vyrábí kolem poledne, poptávku po špičkové elektřině v poledne vyrovnala ve velké míře právě sluneční energie.

Tento graf neukazuje žádnou elektřinu vyráběnou v základním zatížení – šedá oblast nyní představuje střední a špičkovou zátež. Německo bude potřebovat velmi flexibilní, regulovatelnou výrobní kapacitu, jejíž výkon se může každý den zvýšit z asi 10 gigawattů na 50 gigawattů nebo více v rámci jen několika hodin. Německo v současné době tolik flexibilní produkční kapacity nemá a všechny nynější plány na nové elektrárny se přehodnocují vzhledem k novým podmínkám na trhu – nižším velkoobchodním cenám. Od roku 2010 do roku 2016 spadly velkoobchodní ceny energie na německé energetické burze asi o polovinu. Jednou z hlavních příčin je konkrétně vzestup solární energie: protože většina se vyrábí kolem poledne, poptávku po špičkové elektřině v poledne vyrovnala ve velké míře právě sluneční energie.

V současnosti se diskutuje o jednom prostředku nápravy – o kapacitních platbách. Znamená to, že majitelé rychle regulovatelných zdrojů by byli placeni nejen za vyrobené kilowatthodiny, ale také za produkci drženou v pohotovostním režimu. Německo se v roce 2015 rozhodlo držet kapacitní platby nízko zvýšením „zimní rezervy“ z 2,5 na 4 gigawatty, ale pro zimu 2017/18 došlo k nárůstu na 10,4 gigawattů. Celkem Německo diponuje 100 GW výkonu dispečersky řiditelných elektráren.